yenilenebilir enerji teknolojileri

T.C.
MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI
YENİLENEBİLİR ENERJİ
TEKNOLOJİLERİ
DOĞRULTUCU VE EVİRİCİ DEVRELERİ
Ankara, 2013

Bu modül, mesleki ve teknik eğitim okul/kurumlarında uygulanan Çerçeve Öğretim Programlarında yer alan yeterlikleri kazandırmaya yönelik olarak öğrencilere rehberlik etmek amacıyla hazırlanmış bireysel öğrenme materyalidir.

Millî Eğitim Bakanlığınca ücretsiz olarak verilmiştir.

PARA İLE SATILMAZ.
İÇİNDEKİLER
AÇIKLAMALAR ................................................................................................................... iii
GİRİŞ ....................................................................................................................................... 1
ÖĞRENME FAALİYETİ–1 .................................................................................................... 3
1. DOĞRULTUCU DEVRE ÇEŞİTLERİ ............................................................................... 3
1.1. Düşürücü Dönüştürücüler (Buck) ................................................................................. 3
1.2. Yükseltici Dönüştürücüler (Boost) ............................................................................... 5
1.3. Düşürücü-Yükseltici Dönüştürücüler (Buck-Boost) ..................................................... 7
1.4. Flyback Dönüştürücüler (Geri Dönüşlü) ....................................................................... 9
1.5. Forward Dönüştürücüler (İleri Yönlü) ........................................................................ 10
1.6. Yarım Köprü Dönüştürücüler ..................................................................................... 10
1.7. Tam Köprü Dönüştürücüler ........................................................................................ 11
1.8. Push-Pull Dönüştürücüler ........................................................................................... 12
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 13
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 15
ÖĞRENME FAALİYETİ–2 .................................................................................................. 16
2. DOĞRULTUCU DEVRE HESAPLAMALARINI YAPMAK ......................................... 16
2.1. Bobin Hesabını Yapmak ............................................................................................. 16
2.1.1. Düşürücü Dönüştürücüde Bobin Hesabı ............................................................. 16
2.1.2. Yükseltici Dönüştürücüde Bobin Hesabı............................................................. 18
2.2. Kondansatör Hesabı Yapmak...................................................................................... 19
2.3. Çalışma Görev Oranı Hesabı Yapmak ........................................................................ 22
2.4. Çalışma Frekansını Hesaplamak ................................................................................. 23
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 25
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 26
3. DOĞRULTUCU DEVRE ELEMANLARININ SEÇİMİNİ YAPMAK ........................... 27
3.1. Tanımı ......................................................................................................................... 27
3.2. Bobin Seçimini Yapmak ............................................................................................. 27
3.2.1. Sabit Bobinler ...................................................................................................... 28
3.3. Kondansatör Seçimini Yapmak .................................................................................. 32
3.3.1. Sabit Kondansatörler ........................................................................................... 32
3.3.2. Ayarlı Kondansatörler ......................................................................................... 35
3.4. Anahtarlama Elemanı Seçimi Yapmak ....................................................................... 37
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 39
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 40
ÖĞRENME FAALİYETİ–4 .................................................................................................. 42
4. EVİRİCİLER VE EVİRİCİ ÇEŞİTLERİ ........................................................................... 42
4.1. Eviricilerin Genel Tanımı, Çalışması ve Kullanım Alanları ....................................... 42
4.2. Gerilim Kaynaklı Eviriciler ........................................................................................ 43
4.3. Akım Kaynaklı Eviriciler ............................................................................................ 46
4.4. Çok Katlı Eviriciler ..................................................................................................... 46
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 48
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 50
ÖĞRENME FAALİYETİ–5 .................................................................................................. 51
5. EVİRİCİDE KULLANILAN ANAHTARLAMA ELEMANLARININ SEÇİMİ ............ 51
5.1. Tristör Seçimi.............................................................................................................. 51
i
5.2. MOSFET Seçimi ......................................................................................................... 53
5.3. IGBT Seçimi ............................................................................................................... 54
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 57
ÖĞRENME FAALİYETİ–6 .................................................................................................. 58
6. DOĞRULTUCU VE EVİRİCİ KONTROL YÖNTEMLERİ............................................ 58
6.1. PWM Kontrol Tekniği ................................................................................................ 58
6.2. Gerilim Kontrollü PWM ............................................................................................. 60
6.3. Akım Kontrollü PWM ................................................................................................ 63
UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 64
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 67
MODÜL DEĞERLENDİRME .............................................................................................. 68
CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................................... 70
KAYNAKÇA ......................................................................................................................... 72
ii
AÇIKLAMALAR
AÇIKLAMALAR
ALAN
DAL/MESLEK
MODÜLÜN ADI
MODÜLÜN TANIMI
SÜRE
ÖN KOŞUL
YETERLİK
MODÜLÜN AMACI
Yenilenebilir Enerji Teknolojileri
Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Alan Ortak
Doğrultucu ve Evirici Devreleri
Elektronikte kullanılan dönüştürücü ve evirici devreleri
ile ilgili bilgi veren öğrenme materyalidir.
40/16
Bu modülün ön koşulu yoktur.
Doğrultucu ve evirici devrelerini kurmak
Genel Amaç
Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, doğrultucu ve
evirici devre elemanlarını tanıyacak, katalog bilgilerine
uygun olarak elektronik devrelerde kullanabileceksiniz.
Amaçlar
1. Doğrultucu devre çeşitlerini bileceksiniz.
2. Doğrultucu devre hesaplamalarını yapabileceksiniz.
3. Doğrultucu devre elemanlarının seçimini yapabileceksiniz.
4. Eviricileri ve evirici çeşitlerini bileceksiniz.
5. Eviricide kullanılan anahtarlama elemanlarının seçimini yapabileceksiniz.
6. Doğrultucu ve evirici kontrol yöntemlerini bileceksiniz.
Ortam: Elektronik malzemelerle donatılmış elektrik ve
elektronik
laboratuvarı,
endüstriyel
elektronik
EĞİTİM ÖĞRETİM OR- laboratuvarı, işletme ortamı
TAMLARI VE DONA- Donanım: Projeksiyon, bilgisayar, ölçü aletleri,
osiloskop, sinyal jeneratörü, DA güç kaynağı, elektronik
NIMLARI
devre elemanları, LRC metre, devre kurmak için
breadboard, zil teli, değişik kataloglar, malzeme çantası
Modül içinde yer alan her öğrenme faaliyetinden sonra
verilen ölçme araçları ile kendinizi değerlendireceksiniz.
ÖLÇME VE DEĞERLEN- Öğretmen modül sonunda ölçme aracı (çoktan seçmeli
test, doğru-yanlış testi, boşluk doldurma, eşleştirme vb.)
DİRME
kullanarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve
becerileri ölçerek sizi değerlendirecektir.
iii
GİRİŞ
GİRİŞ
Sevgili Öğrenci,
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik enerjisinin yüke ve
şebekeye aktarılmasının en önemli koşullarından biri de bu enerjinin düzgün olmasıdır. Bununla birlikte üretilen enerjinin verimli bir şekilde iletilmesi ve kullanılması büyük önem
taşımaktadır.
Bu modülle temel dönüştürücü ve evirici devreleri tanımış olacaksınız. Bu modülde
işlenen konuları iyi öğrenmek ileride size temel bir alt yapı kazandıracaktır.
1
2
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
AMAÇ
Doğru akımı farklı seviyelere dönüştüren DA-DA dönüştürücü devrelerini tanıyacak
bunlarla temel devreleri tasarlayıp uygulama yapabileceksiniz.
ARAŞTIRMA
 Yenilenebilir enerji sistemlerinde dönüştürücülerin kullanım alanlarını araştırınız.
 Dönüştürücü çeşitlerini araştırınız.
1. DOĞRULTUCU DEVRE ÇEŞİTLERİ
Girişindeki doğru akım seviyesini başka bir doğru akım seviyesine dönüştüren sistemlerdir. Yapılarında pasif devre elemanları bulunduran ve devredeki kayıplar ihmal edildiği
düşünüldüğünde enerji dönüşüm işlemini kayıpsız olarak yapar. Uygulamada dönüştürücülerin verimleri %80 ile %95 arasında değişmektedir.
DA-DA dönüştürücüler yapısal olarak izoleli ve izolesiz olmak üzere iki ana grupta
incelenebilir. Her iki grupta da değişik güçlerdeki düşürücü (buck) ve yükseltici (boost) ya
da her iki işlemi birlikte yapan düşürücü-yükseltici (buck-boost) yapıları görmek mümkündür.
Çalışma koşullarına göre DA-DA dönüştürücüler, sürekli çalışma modlu ve kesintili
çalışma modlu olmak üzere iki şekilde çalışır. Düşürücü (buck) ve yükseltici (boost) ve düşürücü-yükseltici (buck-boost) dönüştürücülerin bobin değeri(endüktans değeri) kritik değerden büyük olduğunda sürekli çalışma ve bobin değeri kritik değerden küçük olduğunda
kesintili çalışma modunda çalışır.
1.1. Düşürücü Dönüştürücüler (Buck)
Düşürücü dönüştürücü girişindeki doğru gerilimi daha düşük bir doğru gerilim seviyesine düşürerek çıkışına aktaran sistemlerdir. Şekil 1.1’de temel düşürücü dönüştürücü devresi verilmiştir. Düşürücü dönüştürücü devresi bir kondansatör, bir bobin, bir anahtarlama
elemanı ve bir diyottan meydana gelmektedir. Anahtarlama elemanı iletimde iken diyot kesimde olmaktadır. Anahtarlama elemanı Darbe Genişlik Modülasyonunun (PWM) anahtarlama frekansı oranına göre açılıp kapatılır. Çıkış gerilimi giriş geriliminden daha düşük ola-
3
cak şekilde ayarlanmış bir gerilim olmaktadır. Temel devredeki anahtarlama elemanının
iletimde ve kesimde olduğu anlarda yüke enerji aktarılmaktadır.
Şekil 1.1: Temel düşürücü dönüştürücü devresi
Anahtarın iletimde olduğu anda IL akımı L bobini üzerinden çıkışı besler. Ancak bu
sırada geçen akımla orantılı olarak bobinde bir enerji depolanır. D diyotu ise ters polaritededir. Anahtar kesimde iken L bobini üzerindeki enerji yük ve D diyotu üzerinden devresini
tamamlayacaktır. Böylece çıkışta enerji sürekliliği sağlanacaktır. Bobin depolama kapasitesine göre çıkış akımı sürekli ya da süreksiz formda olabilir. Devredeki C kapasitesi ise çıkış
gerilimini süzme görevini üstlenir. Çıkış kondansatöründen çekilen akım küçüktür. Ancak
güç anahtarı (anahtarlama elemanı) bozulmalarında (kısa devre) girişteki yüksek gerilim
seviyesi aynen çıkışta görülür. Bu da kritik yükler için tehlikeli olabilir. Çıkış gerilimi anahtarın iletimde ya da kesimde olma süresi ile doğrusal ilişkilidir. Anahtarlama elemanının
iletimde kalma süresinin periyot süresine oranına görev oranı (Duty cycle) denir ve “D” harfi
ile gösterilmektedir.
Şekil 1.2: Düşürücü dönüştürücü devresi
4
Şekil 1.3: Düşürücü dönüştürücünün sürekli iletim modunda çalışma dalga şekilleri
Şekil 1.3.’te görüldüğü gibi bobinden geçen akımın anahtarın iletim anındaki Ton süresi sonunda maksimuma ulaşırken, anahtar kesimde anındaki T off süresi sonunda da minimum
değerine ulaşmaktadır. Daga şeklinden de anlaşılacağı gibi bobin akımı sıfır olmamaktadır.
Bu tür çalışmaya sürekli iletim modunda çalışma denir. Bunun sağlanması içinde bobin değeri uygun olarak seçillir. Bobin akımı sıfıra ulaşıldığı durumlarda sözkonusudur. Bu tür
çalışmaya ise kesintili iletim modunda çalışma denir. Düşürücü dönüştürücünün giriş ve
çıkışındaki gerilimlerin değerleri anahtarın iletimde kalma süresine denir. Biz buna görev
(D) oranı denir. Buna göre anahtarın iletimde iken bobin üzeindeki gerilim ile anahtar kesimde iken bobin üzerindeki gerlimlerin cebirsel toplamı sıfır olmaktadır. Bu durumda giriş
ve çıkış gerilimleri D görev oranına bağlı olarak yazıldığında aşağıdaki ifade elde edilmiş
olur. Bu durumda çıkış gerlimi, D değeri 1’den küçük bir değer alacağı için her zaman giriş
geriliminden düşük sevide olacaktır.
(V giriş  Vçııkı ).D.T  Vçııkı (1  D).T  0
Vçııkı  D.V giriş  0
D
Vçııkı
V giriş
(1.1)
1.2. Yükseltici Dönüştürücüler (Boost)
Yükseltici dönüştürücü girişindeki doğru gerilimi daha yüksek bir doğru gerilim seviyesine yükselterek çıkışına aktaran sistemlerdir. Şekil 1.3’te temel devre şekli verilmiştir.
Anahtar iletime geçtiğinde kaynak gerilimi bobin ve anahtar üzerinden devresini tamamlar.
Bu sırada bobin üzerinde bir miktar enerji depolar. Bu sırada D diyotu ters polaritede olup,
çıkıştaki yükü C kondansatörü besler. Kondansatörün akımı yüksek değerlerdedir. Anahtar
5
kesime geçtiği anda kaynak gerilimi ile bobin üzerindeki gerilimin toplamı kadar bir gerilim
çıkışta görülür. Bu devrelerde kaynaktan sürekli akım çekilir.
Şekil 1.4: Temel yükseltici dönüştürücü devresi
Şekil 1.3’te gösterilen anahtarlama elemanı iletimde olduğu zaman, bobin doğru akım
kaynağının uçlarına direk bağlanmış durumdadır. Böylece Vçıkış = Vgiris dir. Anahtarlama
elemanı kesimde ve diyot iletime geçtiğinde bobin yüke bağlanmış durumuna geçmektedir.
Bu durumda bobinin uçlarındaki gerilim ise VL = Vgiris - Vçıkış olmaktadır. Bu durumda yükseltici dönüştürücünün sürekli iletim modundaki görev oranı;
D  1
VGiriş
VÇııkı
(1.2)
olacaktır. Dönüştürücünün giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki görev oranı;
VÇııkı
VGiriş

1
(1.3)
1 D
olacaktır. Şekil 1.5’te yükseltici dönüştürücünün sürekli iletim modundaki çalışmasına
ait dalga şekilleri görülmektedir. Burada Denklem 1.3’ten de anlaşılacağı gibi görev oranına
bağlı olarak dönüştürücümüzün çıkış gerilimi her zaman giriş geriliminden daha büyük olacaktır. Dolayısıyla giriş gerilimimiz çıkışta yükseltilmiş olacaktır.
6
Şekil 1.5: Yükseltici dönüştürücünün sürekli iletim modunda çalışma dalga şekilleri
1.3. Düşürücü-Yükseltici Dönüştürücüler (Buck-Boost)
Düşürücü-yükseltici dönüştürücüler giriş gerilim değerinden daha büyük veya daha
küçük bir çıkış gerilimi değerini sağlama özelliklerine sahiptir. Bu dönüştürücülerde çıkış
gerilimin işareti giriş gerilimi işaretinin zıttı olmaktadır. Düşürücü-yükseltici dönüştürücünün temel devre şeması Şekil 1.6’da gösterilmektedir. Anahtarlama elemanı iletim durumunda iken bobin uçlarındaki gerilim yükseltici dönüştürücüde olduğu gibi giriş gerilimine eşit
olacaktır. Anahtarlama elemanı kesimde olduğu zaman diliminde ise bobinin gerilimi çıkış
gerilimine eşit fakat ters işaretli (- Vçıkış ) olacaktır. Bu durumda sürekli iletim modunda çalışan bir düşürücü-yükseltici dönüştürücünün görev oranı;
D
Vçııkı
Vçııkı  V giriş
7
(1.4)
Şekil 1.6: Temel yükseltici-düşürücü dönüştürücü devresi
Denklem 1.4’te verilen ifade düzenlenirse;
Vçııkı
V giriş

D
(1.5)
1 D
elde edilmiş olur. Bu tip dönüştürücülerde Denklem 1.5’ten de anlaşılacağı gibi dönüştürücünün görev oranı D’nin değeri çalışma şeklini belirlemiş olacaktır. Görev
oranı D’nin alacağı değere göre ortaya çıkacak durumları sıralarsak;

Eğer görev oranı 0.5 ten küçük bir değerde olursa, çıkış gerilimi giriş
geriliminden daha düşük bir değerde olacaktır.

Eğer görev oranı 0.5 ten daha büyük olursa, çıkış gerilimi giriş geriliminden
daha büyük bir değerde olacaktır.

Eğer görev oranı tam olarak 0.5‘e eşit olursa, çıkış gerilimi ile giriş gerilimi bir
birine eşit değerde fakat birbirlerine zıt polaritede olacaklardır.
Yükseltici-düşürücü dönüştürücüye ait dalga şekilleri Şekil 1.7’de verilmiştir.
8
Şekil 1.7: Düşürücü-yükseltici dönüştürücünün sürekli iletim modunda çalışma dalga şekilleri
1.4. Flyback Dönüştürücüler (Geri Dönüşlü)
Düşürücü-yükseltici dönüştürücünün izoleli bir türü olan flyback dönüştürücüler de
bobin yerine sadece bir trafo kullanılmaktadır. Primer ve sekonderi hiçbir zaman aynı anda
çalışmayan bu trafoya çoğunlukla manyetik kuplajlı endüktans denir. Bu dönüştürücüler en
basit, en az elemanlı, en ucuz ve en pratik izoleli dönüştürücüler olarak bilinir. Bu tür dönüştürücülerde trafo kullanımındaki aşırı sınırlamalar (maliyet, ağırlık, fiziksel büyüklükler vb.)
nedeniyle genellikle 50 Wat’tan başlayarak 100 Watt’a kadar uygulama alanı bulur. Bununla
beraber televizyon ve bilgisayar monitörleri gibi yüksek gerilim güç kaynaklarında da kullanılmaktadır. Şekil 1.8’de Flayback dönüştürücünün temel devre şeması verilmiştir.
Şekil 1.8: Temel flyback (geri dönüşlü) dönüştürücü devresi
9
1.5. Forward Dönüştürücüler (İleri Yönlü)
Forward (ileri yönlü) dönüştürücü Şekil 1.9’da gösterilmiştir. Transaformatör
izalasyonlu bu dönüştürücü temelde düşürücü dönüştürücüye dayanmaktadır. Tek bir transformatöre ihtiyaç duymaktadır. Bu yüzden yarım-köprü ve tam-köprü yapılarında sık rastlanılandan daha düşük güç seviyelerindeki uygulamalarda kullanılmaktadır. Diğer düşürücü
dönüştürücü türevi olan bu tür dönüştürücülerdeki dalgalanmasız çıkış akımı, ileri yönlü
dönüştürücüyü yüksek çıkış akımı içeren uygulamalar için uygun hale getirmektedir. Maksimum D görev oranı değeri sınırlıdır; yaygın olarak kullanılan n1=n2 için görev oranı
0≤D≤0.5 aralığında sınırlandırılmıştır.
Forward dönüştürücüler ortası sıfırlanmamış sargılara ihtiyaç duymaktadır. Trafo kullanımındaki kısıtlamalar bu türdeki dönüştürücüler için de geçerli olmaktadır ve genellikle
100 Watt ile 500 Watt arasındaki uygulamalarda kullanılmaktadır.
Şekil 1.9: Temel forward ( ileri yönlü) dönüştürücü devresi
1.6. Yarım Köprü Dönüştürücüler
Sekonderi orta uçlu bir trafo ile iki fazlı yarım dalga kontrolsüz doğrultucudan oluşmaktadır. Şekil 1.10’ da temel yarım köprü dönüştürücü devresi görülmektedir. A1 ve A2
anahtarları sıralı olarak açılıp kapanır. Kapasiteler giriş gerilimini ikiye bölmektedir. Anahtarlarların ortak referans noktaları olmadığından anahtarlama elemanlarını tetiklemek için
kullanılacak sürücü devreleri için ayrı kaynaklara ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca sürme esnasında kısa devreye sebep olmamak için iki anahtar hiçbir zaman aynı anda iletimde olmamalıdır. Bu dönüştürücülerde görev oranı D’ye ve trafo dönüştürme oranı olan N’ye bağlı olarak giriş ve çıkış arasındaki bağıntı Denklem 1.6’da verildiği gibidir.
Vçııkı 
V giriş. D
N
(1.6)
10
Şekil 1.10: Yarım köprü dönüştürücü devresi
1.7. Tam Köprü Dönüştürücüler
Tam köprü dönüştürücüler yapılarında fazla eleman bulundurdukları için genellikle
küçük güçlerde genellikle kullanılmaz. Bu tür izloleli dönüştürücülere inverterli dönüştürücüler de denmektedir. Çalışma esnasında A1, A2 anahtarlama elemanları iletimdeyken, A3
ve A4 anahtarlama elemanları kesimdedir. Anahtarlar, çift çift halinde sırayla iletime ve
kesime gider. Aynı kol üzerindeki anahtarlar aynı anda iletime sokulmamalıdır. Bu dönüştürücülerde görev oranı D’ye ve trafo dönüştürme oranı olan N’ye bağlı olarak giriş ve çıkış
arasındaki bağıntı Denklem 1.7’de verildiği gibidir. Tam köprü dönüştürücü devre şeması
Şekil 1.11’de verilmiştir.
Vçııkı 
2.V giriş. D
N
(1.7)
11
Şekil 1.11: Tam köprü dönüştürücü devresi
1.8. Push-Pull Dönüştürücüler
İzoleli dönüştürücüler grubunda yer alan bu tip dönüştürücüler genellikle yüksek güçlerde kullanılmaktadır. A1 ve A2 anahtarlama elemanları sırası ile açılıp kapanmaktadır.
Push-Pull dönüştürücü devre şeması Şekil 1.12’de verilmiştir. Bu durumda sekonder tarafı
anahtarlama frekansının iki katı bir çalışma frekansı ile çalışmış olur. İki anahtarın arasında
ölü zaman bırakılmamalıdır. Yanı anahtarın biri kesime girdiği anda ikincisi iletime geçmelidir. Bu dönüştürücülerde görev oranı D’ye ve trafo dönüştürme oranı olan N’ye bağlı olarak giriş ve çıkış arasındaki bağıntı Denklem 1.8’de verildiği gibidir.
Vçııkı 
2.V giriş. D
N
(1.8)
Şekil 1.12: Push-Pull dönüştürücü devresi
12
UYGULAMA FAALİYETİ
UYGULAMA FAALİYETİ
Aşağıdaki dönüştürücü devresini board üzerinde kurunuz.



İşlem Basamakları
555 entegresini boarda yerleştiriniz.
Anahtarlama elemanının bağlantısını
yapınız.
Kondansatör ve diren bağlantılarını yapınız.
Balast bağlantısını yapınız.
Öneriler
 Entegre uçlarını belirleyiniz.
 Bacak uçlarına dikkat ediniz.
 Kondansatörleri LRC metre ile sağlamlık kontrollerini yapınız.

 Temas kontrolü yapınız.
 Osilaskop ayarlarını yaparak kanal bağ Osilaskop kanal uçlarını bağlayarak
lantılarında öğretmeninizden yardım isdevrenin çalışmasını gözlemleyiniz.
teyiniz. Ölçü aleti ile çıkış akım ve gerilimlerini ölçebilirsiniz.
13
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
1.
Değerlendirme Ölçütleri
Entegre uçlarını tesbit edebildiniz mi?
2.
Elemanların sağlamlık kontrolünü yapabildiniz mi?
3.
Anahtarlama elemanının bacak uçlarını tespit edebildiniz mi?
4.
Osilaskop bağlantısını yapabildiniz mi?
5.
Osilaskop ekranından devrenin çalışmasını kontrol edebildiniz
mi?
Evet
Hayır
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız
“Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
14
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümleleri dikkatlice okuyarak boş bırakılan yerlere doğru sözcüğü
yazınız.
1.
DA-DA dönüştürücüler yapısal olarak …………. ve …………… olmak üzere iki
ana grupta incelenebilir.
2.
Çalışma koşullarına göre DA-DA dönüştürücüleri ……….. çalışma modlu ve
……………. çalışma modlu olmak üzere iki şekilde çalışır.
3.
…………… dönüştürücü girişindeki doğru gerilimi daha düşük bir doğru gerilim
seviyesine düşürerek çıkışına aktaran sistemlerdir.
4.
Düşürücü dönüştürücü devresi bir ……………., bir ……………., bir …………….
……………. ve bir ……………. meydana gelmektedir.
5.
Yükseltici dönüştürücü girişindeki doğru gerilimi ………………. bir doğru gerilim
seviyesine ……………… çıkışına aktaran sistemlerdir.
6.
Düşürücü-yükseltici dönüştürücülerde görev oranı 0.5’ten küçük bir değerde olursa,
çıkış gerilimi giriş geriliminden daha ……………. bir değerde olacaktır.
7.
Düşürücü-yükseltici dönüştürücülerde görev oranı 0.5’ten daha büyük olursa, çıkış
gerilimi giriş geriliminden daha ……………. bir değerde olacaktır.
Flyback dönüştürücülerde kullanılan trafoya çoğunlukla …………………………
denir.
8.
9.
……………. dönüştürücüler en basit, en az elemanlı, en ucuz ve en pratik izoleli
dönüştürücüler olarak bilinir.
10.
Flyback dönüştürücüler, genellikle …….. Wat’tan başlayarak ……….. Watt’a kadar
uygulama alanı bulur.
11.
Forward tipi dönüştürücü ……………….. ihtiyaç duymaktadır, bu yüzden daha
düşük güç seviyelerindeki uygulamalarda kullanılmaktadır.
12.
Forward dönüştürücüler ………………………… sargılara ihtiyaç duymaktadır.
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz.
15
ÖĞRENME FAALİYETİ–2
AMAÇ
ÖĞRENME FAALİYETİ–2
Doğrultucu devre elemanlarının hesaplamalarını yapabileceksiniz.
ARAŞTIRMA



Dönüştürücülerde bobin ve kondansatör kullanılanım amaçlarını araştırınız.
Anahtarlama elemanlarının görev oranı ile ilişkisini araştırınız.
Periyot, frekans, iletimde olma ve kesime gitme gibi kavramları araştırınız.
2. DOĞRULTUCU DEVRE HESAPLAMALARINI YAPMAK
2.1. Bobin Hesabını Yapmak
Doğru akım dönüştürücülerde enerji aktarımı endüktansa bağlıdır. Prensip olarak, iletim esnasında doğru akım kaynağından bobine aktarılan enerji kesim esnasında çıkışa aktarılmaktadır. İzalasyonsuz olan temel dönüştürücülerin kontrolü genellikle DA-PWM ile yapılmakta böylece kaynaktan bobine ve bobinden çıkışa aktarılacak enerji süresi belirlenmektedir.
2.1.1. Düşürücü Dönüştürücüde Bobin Hesabı
Düşürücü dönüştürücülerde bobine enerji aktarımı anahtarlama elemanı iletimdeyken
çıkışla birlikte aynı anda gerçekleşmektedir. Buna iletim süresi denir ve bir periyottaki iletim
süresi ton ile gösterilir. Bu süre zarfında bobinden geçen düzgün şekilde akım artarak
endüktansın enerji seviyesini arttırır. Anahtarlama elemanı kesimde iken bobinde biriken
enerji çıkışı beslemeyi sürdürür ve bobinin enerjisi düzgün bir şekilde azalmaya başlar.
Anahtarlama elemanının kesimde oldğu süreye kesimde olma süresi denir ve bir periyottaki
kesimde olma süresi toff ile gösterilir. Bu durumda;
0 ve
t on aralığında bobin gerilimi VL1 ;
VL1  Vgiriş  Vçııkı
(2.1)
t on dan T zamanına kadarki toff süresinde bobin gerilimi VL2 ;
VL 2  V0
(2.2)
olacaktır. Bobinden bir periyotta geçen anlık akımın şekli Şekil 2.1’deki gibi olacaktır.
Sürekli iletim modondaki çalışmada bobin akımının sıfıra düşmesi istenmediği için anahtar-
16
lama elemanı kesimde iken bobinde depolanan enerji sıfıra düşmeyecek büyüklükte bobin
seçilmektedir.
Şekil 2.1: Bobinden geçen anlık akım dalga şekli
Sadece bobinin ortalama akımı yük üzerinden aktığı için bobin akımının doğru akım
kısmı yük akımı olarak tanımlanır. Ortalama değer, bobin akım eğrisinin altında kalan üçgen
ve dikdörtgen bölgenin alanından hesaplanır. Eğrinin altındaki toplam alan
1
A  TI min  T ( I max  I min )
2
(2.3)
Denklem 8. i T periyot sonundaki ortalama değerini yazarsak;
1
I ort  ( I max  I min )  I min
2
(2.4)
şeklinde olacaktır.
t = ton anındaki en yüksek akım değerini yazarsak;
I max 
Vgiriş  Vçııkı
L
t on  I min
(2.5)
Imax değerini Denklem 2.4’te yerine yazarsak ortalama değerimiz;
I ort 
Vgiriş  Vçııkı
2L
elde ederiz. f= 1/T
cek olursak;
ton 
t on  I min
(2.6)
ve D = ton/T * Vgiriş denklemlerinden iletim zamanını elde ede-
D
f
(2.7)
olur.
17
Elde ettiğimiz ton denklemini Denklem 2.6’da yerine yazarsak bobinin ortalama akımını; görev oranı D ve PWM anahtarlama frekansı bazında elde etmiş oluruz.
D(Vgiriş  Vçııkı )
I ort 
2 Lf
 I min
(2.8 )
Daha önce de ifade ettiğimiz gibi iL(t) nin yalnızca ortalama değeri yük direncinden
akmaktadır. Sonuç olarak da ortalama bobin akımı aynı zamanda çıkış akımıdır.
I 0  I ort 
Vçııkı
(2.9)
R
dir. Bulduğumuz bu denklemi Denklem 2.8’de yük akımı yerine yazarsak;
Vçııkı
R

D(Vgiriş  Vçııkı )
2 Lf
 I min
(2.10)
olacak ve buradan bobin değerini çekersek;
L
D(Vgiriş  Vçııkı ) R
2 f (Vçııkı  I min R)
(2.11)
olarak elde ederiz. Sürekli iletim modundaki (SİM) çalışma için gerekli olan minimum bobin değeri (L),
Imin = 0 ifadesinde
Lsim 
D(Vgiriş  Vçııkı ) R
2 fVçııkı
(2.12)
olacaktır.
2.1.2. Yükseltici Dönüştürücüde Bobin Hesabı
Denklem 2.12’de bobin akımı sıfır yapan minimum LSİM değerini hesaplatmaktadır.
Pratikte SİM çalışmayı sağlamak için; Imin nin pozitif değerini garanti altına almak ve bir
çalışma hatasına sebep olmamak için daha Denklem 2.12’de hesaplanan değerden daha büyük bir endüktans seçilir.
Benzer şekilde yükseltici dönüştürücü için yaparsak bobin akımının Şekil 2.1 'de gösterilen dalga şeklindeki üçgen bölgesi ile dikdörtgen bölgesinin alanlarının toplamı;
1  DVgiriş 
  TI min
A  T 
(2.13)
2  Lf 
hesaplanır. Ortalama bobin akımı Denklem 2.13’te gösterilen PWM anahtarlama
periyodundan ifade edilen bölgenin oranıdır.
18
 DVgiriş
I ort  
 2 Lf

  I min

(2.14)
Ortalama bobin akımı ürünü ve yük bağlantalı görev oranının yük akımındaki sonucu;
Io 
D(1  D)Vgiriş
2 Lf
 (1  D) I min
(2.15)
olacaktır. Imin = 0 da SIM için gerekli olan minimum L degeri;
Lsim 
D(1  D)Vgiriş R
(2.16)
2 fVçııkı
2.2. Kondansatör Hesabı Yapmak
Düşürücü dönüştürücünün sürekli iletim modunda (SİM) kondansatör kapasitesi hesaplanırken, bobin akımının analizi sonsuz kapasite varsayımına dayanmaktadır. Bu özellik
dalgalı gerilim olarak bilinen değişken yük geriliminin müsaade edilen tipik bir maksimum
noktadan maksimum noktaya (peak to peak) olan sınırlarıdır. Dalgalı kondansatör gerilimi,
kondansatör gerilimi ve kondansatörün şarj dengesi prensibinin analizi ile elde edilir.
Sürekli iletim modunda çalışan kondansatör akımı daha önce de belirttiğimiz gibi
kondansatör akımı bobin akımının tüm harmoniklerinin toplamıdır. Bu da, anlık bobin akımından ortalama akım değerinin çıkarılması ile elde edilir.
iC1 (t ) 
Vgiriş  Vçııkı
L
t  I min  I 0 ,
0≤t≤ton
(2.17)
Ve
iC 2 (t ) 
Vçııkı
L
(T  t )  I min  I 0 ton≤t≤T
(2.18)
f=1/T denklemi ile kondansatörün akım denklemi yeniden formüle edersek;
iC1 (t ) 
Vgiriş  Vçııkı 
D
t


L
 2f 
(2.19)
Vçııkı 1  D 
 t
L  2 f

(2.20)
Ve
iC 2 (t ) 
19
denklemleri yazılmış olacaktır. 2.19. Ve 2.20. Denklemleri iC = 0 iken t için çözülürse
(kondansatörün sıfır geçiş noktasında)
t1 
D
2f
(2.21)
t2 
1 D
2f
(2.22)
elde edilir. Bu sıfır geçiş noktaları, kondansatör akımının pozitif olduğu esnadaki zaman
aralığını tanımlamaktadır ve böylece kondansatör şarj edilmektedir. Şarj-denge prensibine
göre bir periyotluk döngü esnasında biriktirilen şarj aynı döngü içerisinde dağıtılan şarja
veya deşarja eşit olmalıdır. Diğer bir ifade ile kondansatör her bir periyotta şarj edildiği
miktar kadar deşarj edilmelidir. Şarj biriktirme t1 zamanında başlar ve t2 zamanına kadar
devam eder. Bu durumda kondansatör akımı tekrar sıfır olur. Zaman içinde bu noktalar aynı
zamanda kondansatör geriliminin minimum t1 ve maksimum t2 noktalarına rastlar. Kondansatör dalgalanma gerilimi, Şekil 2.2’de kondansatör akımı referansında bir periyot üzerinde
çizilmiştir.
Şekil 2.2: Kondansatör akımı ve dalgalanma gerilimi
SİM Dalgalanma Gerilimi; kondansatörün dalgalanma gerilimi, kondansatörün maksimum
ve minimum gerilimleri arasındaki fark olarak tanımlanır.
Vçııkı  vmax  vmin
(2.23)
Lineer bir kondansatör için bu gerilim farkı iki gerilim seviyesi arasında şarj biriktirme miktarına karşılık gelir.
20
Q  CVçııkı
(2.24)
Toplam biriktirilmiş şarj, aynı zamanda t2 – t1 aralığı üzerindeki kondansatör akımının
integralidir. İntegrasyon sonucu iC(t) altındaki bölge ile gösterilir. Bu bölge t2 – t1 tabanlı ve
IMAX (I tepe) yüksekliğindeki üçgen bölgenin alanı olarak kolayca hesaplanır.
1
Q  (t2  t1 ) I tepe
2
(2.25)
Maksimum kondansatör akımı;
I tepe 
D(Vgiriş  Vçııkı )
(2.26)
2 Lf
Denklem 2.22, 2.23, 2.25, ve 2.26 ile biriktirilmiş şarj;
Q 
1 1 D(Vgiriş  Vçııkı ) Vçııkı (1  D)

2 2f
2 Lf
8Lf 2
(2.27)
olacaktır. Denklem 2.24 ve 2.27 ten dalgalanma gerilim ifadesi;
Vçııkı 
Vçııkı (1  D)
(2.28 )
8Lf 2
olarak elde edilir. Dalgalanma gerilim belirtisi tipik olarak çıkış geriliminin içerik yüzdesi
veya bir parçası olarak belirtilir.
r
Vçııkı
(2.29)
Vçııkı
Denklem 2.29’u, Denklem 2.28’de yazarsak, SİM kondansatör için 2.28. Denklemin çözümü:
C
(1  D)
8rLf 2
(2.30)
olacaktır. Kondansatör hesabı bütün çalışma koşullarında dalgalanma belirtileri ile karşılaşma için beklenen en düşük görev oranına dayandırılmalıdır.
21
2.3. Çalışma Görev Oranı Hesabı Yapmak
Görev oranı D ile gösterilir. D ile gösterilmesinin sebebi ise İngilizce karşılığı olan Dutycycle’den gelmesidir. Dönüştürücü oranının değerini dönüştürücülerin giriş ve çıkış değerleri
arasındaki oran olarak da özetlenebilir. Düşürücü dönüştürücü de görev oranı f= 1/T ve
D = ton/T * Vgiriş denklemlerinden iletim zamanını elde edecek olursak;
ton 
D
f
(2.31)
olacaktır. Burada f anahtarlama elemanının frekansını (yani 1 saniyede kaç kez açma ve
kapama yaptığı) göstermektedir. Bu durumda düşürücü dönüştürücülerde görev oranı;
Vçııkı  D.Vgiriş
ve akımlar için yazarsak
I giriş  D.Vçııkı
bu durumda görev oranı;
D
Vçııkı
V giriş

I giriş
(2.32)
I çııkı
olarak düşürücü dönüştürücü için elde ederiz.
Yükseltici dünüştücü için benzer denklemleri elde etmek için ise aynı işlemleri
gerçekleştirilebilir. Burada önemli olan bobinin hangi anlarda yükü beslemeye katkı
sağladığıdır. Yükseltici dönüştürücüde anahtarlama elemanı kesimde olduğu zaman
diliminde yüke besleme yapılmaktadır. Yani ton süresinde yük beslenmektedir. Bu durumda D görev oranını yazarsak;
Vçııkı 
1
.Vgiriş
1 D
benzer şekilde akımlar için yazarsak
I giriş 
1
.I çııkı
1 D
Bu durumda yükseltici dönüştürücü için görev oranı;
D  1
Vgiriş
Vçııkı
 1
I çııkı
(2.33)
I giriş
olarak elde ederiz.
Düşürücü-yükseltici dönüştücüde anahtarın iletim durumunda bobin uçlarındaki gerilim yükseltici dönüştürücüde olduğu gibidir. Anahtarın kesimde olduğu zaman diliminde ise
bobinin gerilimi çıkış gerilimi ile zıt işaretlidir. Bu durumda sürekli iletim modunda çalışan
bir düşürücü-yükseltici dönüştücünün görev oranı oranı;
22
Vçııkı 
D
.Vgiriş
1 D
benzer şekilde akımlar için yazarsak
I giriş 
D
.I çııkı
1 D
bu durumda düşürücü-yükseltici dönüştürücü için görev oranı;
D
Vçııkı
Vçııkı  Vgiriş

I giriş
(2.34)
I çııkı  I giriş
olarak elde ederiz.
2.4. Çalışma Frekansını Hesaplamak
Çalışma frekansı DA-DA dönüştürücülerde çoğu kez devre tasarımcısı tarafından belirlendikten sonra diğer hesaplamalar yapılmaktadır. Bunun yanında dolaylı yoldan hesaplamalar yaparak da çalılma frekansı elde edilir. Burada anlaşılması gereken en önemli konu;
çalışma frekansının ne anlama geldiğidir. Bunu kısaca özetlersek; devrelerimizde kullanılan
anahtarlama elemanının istenilen çıkış değerini elde edebilmemiz için bir saniye içerisinde
iletime girip çıkma sayısı olarak ifade edebiliriz. Bu durumda bizim anahtarlama elemanımız
her periyotta bir kez iletime ve bir kez kesime gitmektedir.
Bir periyotun tamamlanması için geçen süreye Tp ve anahtarın bir periyotluk süre içerisinde iletimde kaldığı süreyi T1 ve kesimde kaldığı süreyi T2 dersek bu durumda;
Tp=T1+T2
olacaktır. Görev oranımız ise bu durumda;
D=T1 / Tp
olacaktır. D görev oranında anahtarlama elemanının bir periyotta iletimde kalma ve
kesimde kalma sürelerini hesaplarsak;
T1=D.Tp ve T2=(1-D)Tp olacaktır.
Anahtarlama elemanımızın çalışma frekansı bir periyotluk süreden hesaplanırsa;
f 
1
TP
(2.35)
olarak hesaplanabilir. Burada çalışma frekansı veya başka bir ifade ile anahtarlama
frekansı dönüştürücü devrelerinde kullanılan elemanların değerlerini önemli ölçüde
etkilemektedir. Çalışma frekansı devrenin güçüne göre birkaç KHz’den 100
23
KHz’lere kadar çıkmaktadır. Özel uygulamalarda düşük güçler için MHz’lere varacak yükseklikte çalışma frekansları kullanılmaktadır.
Çalışma frekansı devrede kullanılacak bobinin endüktans değerini, kondansatör değerini ve özellikle devrede kullanılacak anahtarlama elemanlarının tipini ve kontrol şeklini de
önemli ölçüde etkilemektedir.
24
UYGULAMA FAALİYETİ
UYGULAMA FAALİYETİ
Aşağıda özellikleri verilen dönüştücünün hesaplarını yaparak tasarımını yapınız:
Giriş gerilimi 250 V olan ve çalışma frekansı 20 kHz olan düşük çıkışlı bir dönüştürücü tarafından 25 A’lik bir alıcı 150 V ile beslenmektedir. L = 300 H ve C = 25 F olup,
kayıplar ihmal edilmektedir. Transistör ve diyodun iletim süreleri ile akımlarını hesaplayınız.
UYGULAMA FAALİYETİ
İşlem Basamakları
 Dönüştürücünün görev oranını hesaplayınız.
 Anahtarlama elemanının bir periyotluk
çalışma süresini hesaplayınız.
 Anahtarlama elemanının iletimde kalma
ve kesimde kalma sürelerini hesaplayınız.
 Transistör akımını hesaplayınız.
Öneriler
 Vçıkış = D. Vgiriş denkleminden yararlanabilirsiniz.
 Tp = 1/ f ifadesini kullanabilirsiniz.
 T1 ve T2 sürelerini hesaplayınız.
T1=D.Tp ve T2= (1-D).Tp
 I L  I T  I D ve I L  I Ç
 I T  I g =D.Iç olduğunu hatırlayınız.
 Diyot akımı hesaplayınız.

 ID = (1-D).IL olduğunu hatırlayınız.
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
Değerlendirme Ölçütleri
1.
2.
3.
4.
5.
Evet
Hayır
Görev oranını hesaplayabildiniz mi?
Çalışma periyodunu hesaplayabildiniz mi?
İletim ve kesimde kalma sürelerini hesaplayabildiniz mi?
Transistör akımını hesaplayabildiniz mi?
Diyot akımını hesaplayabildiniz mi?
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Gerekirse başka kaynaklardan ve öğretmeninizden yardım isteyiniz. Bütün cevaplarınız “Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
25
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.
1.
( ) Dönüştürücülerde görev oranı anahtarlama elemanının bir periyottaki iletimde
kalma yüzdesini gösterir.
2.
( ) Doğru akım dönüştürücülerinde yüke enerji aktarımı kondansatörle sağlanır.
3.
( ) Dönüştürücülerde frekans arttıkça devredeki elemanların boyutları küçülür.
4.
( ) Bir periyotluk çalışma süresinde anahtarlama elemanı bir kez iletimde ve iki kez
de kesime gitmektedir.
5.
( ) Yükseltici dönüştürücüde minimum L değeri yük direnci ile doğru orantılıdır.
6.
( ) Kondansatör her bir periyotta şarj edildiği miktar kadar deşarj edilmelidir.
7.
( ) Dalgalanma gerilim belirtisi çıkış gerilimindeki değişim yüzdesini ifade eder.
8.
( ) Çalışma frekansı devrede kullanılacak bobinin endüktans değerini etkilemez.
9.
( ) Çalışma frekansı aynı zamanda anahtarlama frekansını temsil etmektedir.
10.
( ) Düşürücü dönüştürücüde görev oranı arttırılırsa çıkış gerilimi de azala-
caktır.
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz.
26
ÖĞRENME FAALİYETİ–3
ÖĞRENME FAALİYETİ–3
AMAÇ
Dönüştürücülerde kullanılan devre elemanlarının seçimini yapabileceksiniz.
ARAŞTIRMA



Piyasada üretilen bobin çeşitlerini İnternet’ten araştırınız.
Dönüştürücülerde kullanılan kondansatör çeşitlerini araştırınız.
Anahtarlama elemanlarını ve çeşitlerini araştırınız.
3. DOĞRULTUCU DEVRE ELEMANLARININ SEÇİMİNİ YAPMAK
3.1. Tanımı
Doğru akım dönüştürücülerinin tasarımında kullanılacak devre elemanlarının seçimi,
verimli ve düzgün çalışma bakımından önemli olmaktadır. Kullanılacak elemanların uygunluğu dönüştürücünün kullanıldığı hassas ve uzun süreli çalışma ortamları açısından, maliyet
ve uzun ömürlülük açısından hayatiyet derecesinde önem taşımaktadır. Düşününüz ki evimizde kullandığımız televizyon, elektronik eşyalar ve bilgisayarlarımızın sorunsuz çalışmasını isteriz. Bu durumda bunların çalışmasındaki en önemli bileşenlerden biri olan dönüştürücülerin sağlamlığının ne kadar önem taşıdığı sanırım daha iyi anlaşılacaktır.
Kaliteli bir dönüştürücünün tasarımında kullanılacak, bobin, kondansatör ve anahtarlama elemanlarının seçimi, dönüştürücünün çalışma gücüne, frekansına ve kullanım alanına
göre önem arz etmektedir.
3.2. Bobin Seçimini Yapmak
Genellikle nüve adı verilen dayanıklı yalıtkan üzerine izoleli iletken tellerin sarmal bir
şekilde yan yana ve üst üste sarılmasıyla elde edilen devre elemanına bobin denir. L harfi ile
gösterilir ve birimi Henry (H)’dir (Şekil 3.1).
Şekil 3.1: Bobin
27
Bobinler, çeşitli ölçü ve görünümdeki parçalar üzerine sarılır. Bu parçalara mandren
adı verilir. Yine bobinlerde ise mandren içerisinde sabit veya hareketli bir parça daha bulunur. Bobinin mandreni içerisinde bulunan parçaya ise nüve denir. Mandren ve nüve kullanılmadan yapılmış bobinler de mevcuttur. Bu tür bobinler hava nüveli bobinler olarak tanımlanır. Bobin telinin her bir sarımına spir denir.
Bobinler DC ve AC devrelerde kullanılabilir. DC gerilim ile çalışmada bobin üzerinden sabit bir manyetik alan meydana gelir. Bu durumda bobin direnç gibi davranır. Bobinin
DC’deki direnci, sarımda kullanılan telin direnci kadardır. Sabit ve ayarlı olmak üzere iki tip
bobin vardır.
3.2.1. Sabit Bobinler
Hava nüveli, ferit nüveli, demir nüveli, smd (yüzey montajlı) bobinler olmak üzere
dört çeşit sabit bobin bulunmaktadır.
3.2.1.1. Hava Nüveli Bobinler
Şekil 3.2: Hava nüveli bobin sembolü
Resim 3.1: Hava nüveli bobin
Nüve olarak hava kullanılır. Sembolü Şekil 3.2’de verilmiştir. Yüksek frekanslı devrelerde, genelikle AM-FM alıcı ve vericilerde, bant geçiren filtre devrelerinde, test cihazlarında kullanılır. Oldukça küçük endüktans değerine sahip üretilir (13 nH-132 nH). Omik dirençleri oldukça küçüktür (Resim 3.1).
28
3.2.1.2. Ferit Nüveli Bobinler
Şekil 3.3: Ferit nüveli bobin sembolü
Pirinç, polyester veya demir tozundan yapılmış nüve üzerine sarılır. Bu tip bobinlerin
endüktansı genellikle µH seviyelerindedir. Güç bobini olarak kullanılan türlerinin endüktansı
mH seviyesindedir. Yüksek frekanslı devrelerde, radyo alıcı-vericilerinde kullanılır.
Resim 3.2: Ferit nüveli bobin
Ferit nüveli dolu ve hava oluklu olmasına göre ayrıca iki türü vardır. İçi dolu ferit nüveli bobinler büyük, orta ve küçük ebatlı olarak üretilir. Toleransları %15 ve DC’deki direnç
değeri 0,007 Ω - 180 Ω arasında değişir. 20 mA ile 4 A arasında çalışacak şekilde üretilir.
Anahtarlamalı mod güç kaynaklarında, IGBT, MOSFET, SCR ve triyak kontrolerinde kullanılır. Endüktanları 1µH ile 150 mH arasında değişir. Küçük ebatlı ferit nüveli bobinlerin
endüktans değeri renk kodu ile okunur. Diğerlerinde harf ve rakam kodlaması vardır. Daha
çok düşük güç devrelerinde kullanılır.
İçi oyulmuş silindir şeklindeki ferit nüveli bobinler Resim 3.3’te gösterilmiştir. Güç
kaynaklarında, bataryaları şarj etmede, filtre ve jeneratör devrelerinde kullanılır. 20 mA ile
27 A arasında çalışacak şekilde üretilir. Yüksek güçlü devrelerde kullanılabilir. Ferit nüve
polyolefin maddesinden oluşmuştur.
29
Resim 3.3: Ferit nüveli bobin
Toroidal nüveli bobinler (Resim 3.4), anahtarlamalı tip güç kaynaklarında, radyo frekans devreleri gibi yüksek frekanslı devrelerinde kullanılır. Endüktansları 1µH ile 1H arasında değişebilir. DC dirençleri ortalama 0,074Ω’dur. 25W-100W güce sahiptir.
Resim 3.4: Toroidal nüveli bobin
3.2.1.3. Demir Nüveli Bobinler
Şekil 3.4: Demir nüveli bobin sembolü
30
Resim 3.5: Demir nüveli bobin
Birer yüzeyleri yalıtılmış ince demir sacların art arda birbirlerine yapıştırılmasıyla elde
edilen nüvedir ve bobin bu nüvenin üzerine sarılır. Düşük frekanslarda kullanılır. Bunlara
örnek transformatörler verilebilir (Şekil 3.4 - Resim 3.5).
3.2.1.4. SMD Bobinler
Çok katmanlı elektronik devre kartlarına yüzey temaslı olarak monte edilmeye uygun
yapıda üretilmiş bobinlerdir. Boyutları diğer bobinlere göre çok daha küçüktür. Sayısal sistemlerde sıkça kullanılır. Farklı kılıf modellerinde üretilir. Üzerine değeri rakam, harf veya
renkler ile kodlanır.
Resim 3.6: SMD toroid demir nüveli bobin
Dönüştürücüler için yapılan hesaplama neticesinde çıkan endüktans değerine göre hazırlanan bobinlerin endüktansları LCRmetre cihazlarının endüktans (L) kademesinde ölçülür.
LCR metrenin komütatör anahtarı endüktans ölçme konumuna getirilir. Ölçüme küçük
endüktans değerli kademeden başlanması daha uygundur. Eğer bobin endüktansı büyükse ve
sonuç olarak ekranda değer okunmuyorsa kademe bir basamak yukarı çıkartılabilir. Bu işleme ekranda uygun endüktans değeri okunana kadar devam edilir. Bobinlerde kutup yönü
olmadığından propların bobine istenen yönde paralel olarak bağlanması yeterlidir.
31
3.3. Kondansatör Seçimini Yapmak
İki iletken levha arasına di-elektrik adı verilen bir yalıtkan madde konulmasıyla elde
edilen ve elektrik enerjisini depo edebilen devre elemanına kondansatör denir (Şekil 3.5). C
harfi ile gösterilir ve birimi farad (F)dır.
Şekil 3.5: Kondansatörün iç yapısı
Kondansatör devrenin ilk çalışma anında kaynak gerilimine şarj olmaya başlar. Maksimum şarj işlemi gerçekleşene kadar kondansatör üzerinden geçici olarak ve gittikçe azalan
Ic akımı akar. Bu akım kondansatör kaynak gerilimine şarj olduğunda durur.
Şekil 3.6: Kutupsuz ve kutuplu kondansatör sembolleri
Sabit ve ayarlı olmak üzere iki gruba ayrılır.
3.3.1. Sabit Kondansatörler
Sabit kondansatörler, kâğıtlı, plastik, seramik, mika, elektrolitik, smd olmak üzere altı
çeşittir.
3.3.1.1. Kâğıtlı Kondansatörler
Yalıtkanlık kalitesini arttırmak için parafin maddesi emdirilmiş 0.01 mm kalınlığındaki kâğıdın iki yüzüne 0.008 mm kalınlığındaki kalay ya da alüminyum plakalar yapıştırılarak
üretilmiş elemanlardır (Şekil 3.7). Kuru kâğıtlı, yağlı kâğıtlı, metalize kâğıtlı vb. modelleri
bulunan kâğıtlı kondansatörler uygulamada yaygın olarak karşımıza çıkmaktadır. Kapasite
değerleri genellikle 1 nF lle 20 µf arasında değişen kâğıtlı kondansatörlerin çalışma gerilimleri ise 100 volt ile 700 volt arasında değişmektedir.
32
Şekil 3.7: Kâğıtlı kondansatör iç yapısı
3.3.1.2. Plastik Kondansatörler
Yüksek frekanslı devrelerde pek tercih edilmez. Hassas kapasiteli olarak imal edilir.
Genellikle zamanlama, filtre veya birkaç yüz khz’lik frekanslı devrelerde kullanılabilir. Dielektrik maddelerine göre üç türdür. Bunlar; polyester, polistren ve polipropilendir.
3.3.1.3. Seramik Kondansatörler
Di-elektrik maddesi olarak titanyum veya baryum kullanılarak imal edilir. Genellikle
yüksek frekanslı devrelerde baypas kondansatörü olarak kullanılır (Resim 3.7).
Resim 3.7: Seramik kondansatör
3.3.1.4. Mika Kondansatörler
Di-elektrik maddesi mikadır (Resim 3.8). Yalıtkan sabiti çok yüksek ve çok az kayıplı
elemanlardır. Frekans karakteristikleri oldukça iyidir ve bu özeliklerinden dolayı rezonans ve
yüksek frekanslı devrelerde kullanılır. Mikalı kondansatörlerin kapasite değerleri 1 pikofarad
ile 0,1 mikrofarad arasında, çalışma voltajları 100 V ile 2500 V arasında, toleransları ise %2
ile %20 arasında değişir.
Resim 3.8: Mika kondansatör
33
3.3.1.5. Elektrolitik Kondansatörler
Elektrolitik kondansatörlere kutuplu kondansatörler de denir. Pozitif ve negatif kutupları
bulunan, alüminyum levhalar arasında asit borik eriyiğinin di-elektrik madde olarak
kullanıldığı kondansatörlerdir. Negatif uç kondansatörün dış yüzeyini oluşturan alüminyum
plakaya bağlıdır (Resim 3.9).
Resim 3.9: Elekrolitik kondansatör
Bu tip kondansatörler büyük kapasiteli olup en sık kullanılan kondansatörlerdir. Genellikle filtre, gerilim çoklayıcılar, kuplaj - dekuplaj ve zamanlama devrelerinde kullanılır.
Yüksek frekans karakteristikleri kötü olduğundan yüksek frekanslı devrelerde tercih edilmez.
Elektrolitik kondansatörlerin üzerinde kapasite değeri dışında maksimum şarj gerilimi de yazılıdır (lµF/50 V gibi). Bu gerilime kırılma gerilimi de denir. Kapasite seçimi
yaparken aynı zamanda gerilim değerleri de dikkate alınmalıdır. Asla devreye ters
bağlanmamalı ve şarj gerilimi üzerine çıkılmamalıdır. Böyle bir durumda kondansator dielektrik özelliğini kaybeder ve bozulur.
Alüminyum ve tantalyum plakalı olmak üzere iki tür elektrolitik kondansatör va rdır. İkisi arasındaki fark tantalyum oksidin yalıtkanlık sabiti daha büyüktür.

Alüminyum Elektrolitik Kondansatör
Alüminyum oksitli anot folyo ile alüminyum katot folyodan oluşan sent şeklindeki iki
plakanın arasına elektrolitik emdirilmiş kâğıt ile sarılarak elde edilen kutuplu kondansatörlerdir. Alüminyum oksitli plakaya bağlı elektrot pozitif (+), alüminyum plakaya bağlı elektrot
ise negatif (-) kutup olarak isimlendirilir.

Tantalyum Elektrolitik Kondansatör
Tantalyum oksitli folyo şerit ile tantalyum folyo şeritten oluşur. Tantalyum oksitli
plakaya pozitif (+), tantalyum plakaya ise negatif (-) kutup bağlanmıştır (Resim 3.10).
34
Resim 3.10: Tantalyum elekrolitik kondansatör
Elektrolitik kondansatörlerin hacmine göre kapasitelerinin büyük ve maliyetinin ucuz
olması bir avantajdır. Ancak kaçak akımlar büyüktür ve ters bağlantı hâlinde bozulmaları
birer dezavantajdır.
3.3.1.6. SMD Kondansatörler
Çok katmanlı elektronik devre kartlarına yüzey temaslı olarak monte edilmeye uygun
yapıda üretilmiş kondansatörlerdir. Boyutları diğer kondansatörlere göre çok daha küçüktür
ancak mercimek ve mika kondansatörlerle erişilen sığa değerlerine sahip olarak üretilir. Üzerindeki kodların okunuşları markadan markaya farklılık gösterir.
Resim 3.11: SMD kondansatör
3.3.2. Ayarlı Kondansatörler
Varyabl ve trimer kondansatör olmak üzere iki gruba ayrılır.
3.3.2.1. Ayarlanabilir (Variable) Kondansatörler
Bu gruba giren kondansatörler, İngilizce adı ile variable olarak da anılmaktadır. Bu
kelimenin Türkçe karşılığı "değişken ve ayarlanabilir"dir. Ayaralanabilir kondansatörler
paralel bağlı çoklu kondansatörden oluşmaktadır. Bu kondansatörlerin birer plakası sabit
olup diğer plakaları Resim 3.12’de görüldüğü gibi bir mil ile döndürülebilmektedir. Böylece
kondansatörlerin kapasiteleri istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Hareketli plakalar sabit
plakalardan uzaklaştıkça karşılıklı gelen yüzeyler azalacağından kapasitede küçülecektir.
Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir.
Şekil 3.8: Ayaralanibilir kondasatörün sembolü
35
Resim 3.12: Ayaralanabilir kondansatör
Plakalar genelde alüminyum veya özel amaçlar için gümüş kaplı bakırdır. Plakalar
arasında yalıtkan madde olarak genellikle hava vardır. Bazı özel hâllerde, mika plastik ve
seramik de kullanılmaktadır. Bazen vakumlu (havasız) da yapılmaktadır. Havalı ve yalıtkanlı
kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akımı vardır. Vakumlu olanlarda hiç kaçak yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalışma gerilimi 50 KV'a ve frekansı 1000 MHz'e kadar
çıkabilmektedir. Kapasitif değeri ise 50-250 pF arasında değişir. Havalılarda ise kapasite 400
pF'a kadar çıkabilmektedir. Ayarlanabilir kondansatörler ile büyük kapasitelere ulaşılamamakla beraber, yukarıda belirtildiği gibi çok büyük gerilimlerle ve frekanslarda çalışılabilmektedir. Bazı uygulamalarda, aynı gövdede iki ayarlanabilir kondansatör kullanılır. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklaştırılırken diğerinin rotoru ters bir çalışma şekli ile statoruna yaklaşır.
Ayaralanabilir kondansatörün kullanılma alanları:

Radyo alıcıları (Plakaları çok yakın ve küçüktür.)

Radyo vericileri

Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri (Plakalar arası 2,5 cm'dir.)
3.3.2.2. Trimmer (Düzeltici) Kondansatörler
Kapasite değeri tornavida ile değiştirilebilen ayarlı kondansatörlerdir. Trimmer kondansatörlerde ayar vidasına bağlı 360 derece dönebilen levhalar ile yüzey alanı değiştirilmesiyle kapasite değeri azaltılıp çoğaltılabilir. Trimmer kondansatörlerin boyutları ve kapasite
değerleri küçüktür. Bu çeşit kondansatörler FM verici, telsiz vb. devrelerde kullanılır.
Şekil 3.9: Trimer kondansatör sembolü
36
Resim 3.13: SMD trimmer kondansatör
Dönüştürücüde kullanılacak kondansatörün değeri LCR metre ile ölçülür. Kondansatörün üzerindeki değer ile LCR metreden okunan değer aynı ise kondansatör sağlamdır.
Farklı bir değer okunursa kondansatör bozuktur.
3.4. Anahtarlama Elemanı Seçimi Yapmak
Doğru akım dönüştürücülerinde, kaynaktan alınan enerjinin bobine ve yüke aktarılması en önemli işlevdir. Bu işlem gerçekleştirilirken belirli bir çalışma frekansı altında yarı
iletken elemanlar kontrol devreleri ile iletime ve kesime gider. İletime ve kesime geçişlerin
sağlanması güç dönüştürücülerinde kayıpsız gerçekleşmesi dönüştürücünün verimliliği açısından çok önemlidir. Bu yüzden dönüştürücü tasarımında kullanılacak yarı iletken anahtarlama elemanının seçimi büyük önem kazanmaktadır. Doğru anahtarlama seçimi ve kontrolü
dönüştürücünün kalitesini ve verimini göstermektedir.
Anahtarlama kavramını açıklamak gerekirse, temel olarak bir yarı iletken güç elemanın iletim ve kesime girme işlemleridir. Anahtarlama işlemlerinde oluşan anahtarlama kayıpları yanında, devrede kullanılan güç diyodunun ters toparlanma kaybı ve güç anahtarının
yapısından ortaya çıkan kayıplardan da oluşmaktadır. Bu anahtarlama kayıplarının hepsi
anahtarlama frekansı ile doğru orantılıdır. Bu kayıplar arttıkça, kullanılan güç elemanlarının
nominal değerleri ile soğutucu ve soğutma sisteminin boyutları da artar. Sonuç olarak, devrenin hacmi ile maliyeti artar ve böyle bir devrede işlenecek güç miktarı da düşer.
Anahtarlama işlemleri esnasında, büyük değerli olan akım ve gerilim yükselme hızları,
yüksek değerli EMI (elektro manyetik girişim) gürültülere neden olur. Bu gürültüler ise,
kontrol ve haberleşme sinyallerini bozar. DC-DC dönüştürücülerde, iletim ve kesim durumlarındaki akım ve gerilim değişimlerinde dalgalanmalar olmadığından, reaktif enerjinin de
olmadığı söylenebilir. Bu durum ise, anahtarlama işlemleri dikkate alınmadığında, böyle bir
devrede işlenebilecek güç miktarının çok yüksek olduğunu gösterir. Ayrıca, anahtarlama
frekansı yükseldikçe, endükatans ile kapasitans değerleri orantılı olarak düşer ve güç yoğunluğu daha da artar. Ancak, frekans yükseldiğinde, anahtarlamadaki enerji kayıpları ve EMI
gürültü de artmaktadır. Bu nedenle, PWM DC-DC dönüştürücülerin anahtarlama problemlerinin çözülmesi gerekmektedir.
37
Anahtarlama elemanının seçimini yaparken, dönüştürücünün işleyeceği güç miktarı,
anahtarlama frekansı, anahtar için kullanılacak sürüc devreleri, soğutma, hacim ve birbirleri
ile ilişkili diğer parametreler dikkate alınarak kataloglardan seçilir. Genellikle anahtarlama
elemanları olarak; tristörler (SCR) için kullanılan temel tetikleme devreleri ile bipolar
transistörler (BJT) ve MOS kontrollü elemanlar (MOSFET, IGBT, MCT vb) için sürme devreleri kullanılmaktadır. Sürme devreleri de günümüzde farklı özelliklerde entegre devreler
şeklinde üretilmektedir. Bu entegre devrelerin bazılarında izolasyon özelliği de bulunmaktadır.
38
UYGULAMA FAALİYETİ
UYGULAMA FAALİYETİ
GUKondansatörlerin yapısını, çeşitlerini, renk kodlarını tanıyarak kondansatörleri
analog ve dijital ölçü aletleriyle ölçünüz ve istenen özellikte kondansatör seçimi yapınız.
İşlem Basamakları
Öneriler
 Üzerinde renk kodları olan veya rakam  Okulunuz malzeme deposundan bu
bulunan birkaç tane kondansatör alınız.
kondansatörleri edinebilirsiniz.
 Renk kodlarını okuyarak kondansatörün  Resim 2.13 ve Çizelge 2.1’deki tablo
değerini, toleransını ve gerilimini tespit
yardımı ile kondansatörün değerini ve
ediniz. Üzerinde rakam varsa bu rakamtoleransını tespit edebilirsiniz.
ları okuyarak kondansatörün değerini belirleyiniz.
 Bu uygulamayı farklı kondansatörlerle
üçer defa yapınız.
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
Değerlendirme Ölçütleri
1.
2.
3.
4.
5.
Evet
Hayır
Kondansatörün tipini belirleyebiliyor musunuz?
Kondansatörün gerilim değerini belirleyebiliyor musunuz?
Kondansatörün kapasite değerini belirleyebiliyor musunuz?
Katalog bilgilerini okuyabiliyor musunuz?
Devre için uygun kondansatörü seçebiliyor musunuz?
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız
“Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
39
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise
Y yazınız.
1.
( ) Bobinin mandreni içerisinde bulunan parçaya nüve denir.
2.
( ) Bobinler sadece AC devrelerde kullanılabilir.
3.
( ) Torodial nüveli bobinler, anahtarlamalı tip güç kaynaklarında, radyo frekans devreleri gibi yüksek frekanslı devrelerinde kullanılır.
4.
( ) Bobinlerin endüktansları LCR metre ile ölçülür.
5.
( ) Ferit nüveli bobinler, çok katmanlı elektronik devre kartlarına yüzey temaslı olarak monte edilmeye uygun yapıda üretilmiş bobinlerdir.
6.
( ) Sürme devreleri de günümüzde tek tip entegre devreler şeklinde üretilmektedir.
7.
( ) Anahtarlama, temel olarak bir yarı iletken güç elemanın iletim ve kesime girme
işlemleridir.
8.
( ) Anahtarlama frekansı yükseldikçe, endükatans ile kapasitans değerleri orantılı
olarak düşer.
Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyarak doğru seçeneği işaretleyiniz.
9.
Kondansatör için aşağıda verilen ifadelerin hangisi yanlıştır?
A)
Elektrik enerjisini depo eder.
B)
İki yalıtkan arasında bir iletken bulunur.
C)
Birimi faraddır.
D)
Paralel bağlı kondansatörlerde toplam sığa, kapasitelerin aritmetik toplamına
eşittir.
10.
Kâğıt kondansatörler hangi gerilim değeri arasında çalışır?
A)
100V-200V
B)
300V-500V
C)
200V-400V
D)
100V-700V
11.
Plastik kondansatörler hangi maddeden yapılmaz?
A)
Polyester
B)
Polipropilen
C)
Poliüreten
D)
Polistren
40
12.
Aşağıdakilerden hangisi kutuplu kondansatördür?
A)
Mika
B)
Elektrolitik
C)
Seramik
D)
Kâğıtlı
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz.
41
ÖĞRENME FAALİYETİ–4
ÖĞRENME FAALİYETİ–4
AMAÇ
Eviriciler ve yenilenebilir enerji kaynaklarında kullanılan evirici çeşitlerini bileceksiniz.
ARAŞTIRMA


Evirici çeşitlerini ve kullanım alanlarını araştırınız.
Temel bir eviricide kullanılan elemanları araştırınız.
4. EVİRİCİLER VE EVİRİCİ ÇEŞİTLERİ
4.1. Eviricilerin Genel Tanımı, Çalışması ve Kullanım Alanları
Eviriciler doğru akım üreten bir kaynaktan yükü beslemek için alternatif akım sağlayan güç elektroniği devreleridir. Eviriciler, diğer bir adla inverterlerden temel olarak beklenilen, ürettiği alternatif akımdaki bozulmaların düşük seviyelerde olması ve istenilen genlik ve
frekansta alternatif kaynak sağlamaktır. Eviricilerin girişinde aküler, güneş pilleri, yakıt hücreleri benzeri doğru akım kaynakları ya da alternatif bir kaynaktan beslenen doğrultucuların
çıkışları kullanılabilir. Eviriciler temelde bir fazlı veya üç fazlı olabilmektedir. Bunun yanında yenilenebilir enerji kaynaklarından beslenen eviriciler, şebeke bağlantılı veya ada sistemlerinde (ada eviriciler) kullanılmak üzere iki kullanım şekilleri mevcuttur.
Şekil 4.1: Bir fazlı tam dalga köprü evirici devresi
42
Şekil 4.2: Üç fazlı evirici devresi
Eviricilerin çıkış gerilimlerinin sinüzoidal dalga olması beklenir. Düşük ve orta güçlü
uygulamalarda kare dalgaya yakın çıkış formları kabul edilebilir, fakat büyük güçlerde
mümkün olduğu kadar harmoniklerinden arınmış bir sinüs dalga formu gerekmektedir.
Genel olarak eviricilerin kullanım alanları şöyledir:





Değişken hızlı asenkron motor sürücü devreleri
Kesintisiz güç kaynakları
Yüksek gerilimde doğru akım iletim sistemleri
Endüksiyonla ısıtma sistemleri
AC gerilim regülatörleri
Eviriciler, beslemede kullanılan kaynağın çeşidine göre 2’ye ayrılır.


Gerilim kaynaklı eviriciler
Akım kaynaklı eviriciler
Eviricler ((inverterlerde); transistör, tristör, mosfet, IGBT gibi anahtarlar kullanılır. Bu
anahtarlardan transistör ve mosfet düşük ve orta güç uygulamalarında daha çok tercih edilir.
Mosfet ayrıca hızlı anahtarlama yapabildiğinden yüksek frekans uygulamalarında da kullanılır. Tristör büyük güçlerde kullanılır, bunların da anahtarlama hızları oldukça düşüktür.
IGBT ise günümüzün en çok kullanılan elemanıdır. Bu eleman mosfet ve transistörün iyi
karakteristik özelliklerini almıştır. Günümüzde ise neredeyse tüm eviricilerde IGBT anahtarı
kullanılmaktadır. Eviriciler basitçe hem tek fazlı sistemlerde hem de üç fazlı sistemlerde
kullanılabilir. Akım beslemeli ya da gerilim beslemeli eviriciler arasında yapılacak seçim
yükün özelliklerine göre değişir.
4.2. Gerilim Kaynaklı Eviriciler
Gerilim kaynaklı eviriciler (Voltage source evirici – VSI) genelde esnek alternatif
akım iletim sistemlerini (Flexible AC Transmission Systems – FACTS) gerçekleştirmekte
kullanılır. FACTS güç elektroniği temelli sistemlerin ve/veya diğer statik ekipmanların, sistem üzerindeki kontrol yeteneğinin ve güç transfer birikiminin artması amacıyla AC elektrik
43
iletim sistem parametresi olarak entegre edilmesidir ve FACTS ekipmanlarının reaktif güç
sistemlerini, sistem kararlılığını arttırarak kontrol etmek için yüksek gerilim ve yüksek güç
kapasitesindeki gerilim kaynaklı eviricilerin kullanılması gerekmektedir.
Bu tip eviricilerde sistemi besleyen bir gerilim kaynağıdır. Gerilim beslemeli
inverterlerde çıkış gerilim dalga biçimi, giriş doğru gerilimi ve anahtarlama yöntemi ile belirlenir. Yük bu dalga biçimine etki edemez. Eğer yük harmonik akımlara yüksek empedans
gösteren bir özellik taşıyorsa, bu tip yükün gerilim beslemeli bir inverter ile sürülmesi daha
uygundur. Gerilim beslemeli inverterlerde girişteki değişmez doğru gerilim, doğrultucu bir
devre çıkışına paralel bağlanan çok büyük bir kapasite ile elde edilebilir.
En basit evirici yapısı tek fazlı yarım köprü topolojisidir. Bu devre ile iki seviyeli kare
dalga formunda bir çıkış üretilir. Bu tip bir topolojide orta uçlu bir gerilim kaynağı beslemesine ihtiyaç duyulur. Orta ucu oluşturmak için basitçe seri yerleştirilmiş iki kapasite ile doğru
akım kaynağı ile beraber kullanılır. Bu iki seviyeli eviriciye ait devre şeması Şekil 4.3’te,
çıkış geriliminin dalga formu ise Şekil 4.4’te verilmiştir.
Tek fazlı yarım köprü eviricide Şekil 4.1’de de görüldüğü gibi yalnızca 2 anahtarlama
elemanına ihtiyaç duyulur. Burada her iki anahtarın aynı anda kapatılmamasına dikkat edilmelidir. Yani bu anahtarlama elemanları mutlaka birbiriyle ters çalışmalı, birisi iletimdeyken
diğeri mutlaka kesimde olmalıdır. İki eleman da iletimdeyse kaynak kısa devre olur ve evirici zarar görür.
Şekil 4.3: Yarım köprü evirici devresi
44
Şekil 4.4: Yarım köprü evirici devresi çıkış dalga şekli
Üç seviyeli çıkış gerilimi elde etmek için tam köprü evirici topolojisi kullanılmaktadır.
Bu tip eviricilerde yarım köprü yapının aksine çıkış olarak üç seviyeli kare dalga formu elde
edilebilir. Yapı basit olarak yarım köprü eviriciye bir devre bacağı daha ilave edilmesi ve
yükün bu bacaklar arasına yerleştirilmesiyle oluşturulur. Tek fazlı, gerilim kaynaklı tam
köprü evirici devresi Şekil 4.5’te çıkış gerilimin dalga formu ise Şekil 4.6’da görülmektedir.
Tam köprü konfigürasyonda 4 adet anahtarlama elemanı ve 4 adet diyot bulunmaktadır. Burada yük üzerindeki gerilim VAB’yi elde etmek için anahtarların çapraz çiftler halinde iletime geçmesi ve kesime gitmesi gerekmektedir. S1 ve S4 anahtarları iletimde, S2 ve S3
kesimde iken A-B noktaları arasındaki gerilim VAB = VDC, S1 ve S4 anahtarları kesimde,
S2 ve S3 iletimde iken VAB = -VDC olur. Tam köprü evirici yapısında 0 seviyesini elde
etmek için S1 ve S2 anahtarları iletimde iken S3 ve S4 anahtarları kesime getirilir veya tam
tersi kombinasyon uygulanır.
Şekil 4.5: Tam köprü evirici devresi
45
Şekil 4.6: Tam köprü evirici devresi çıkış dalga şekli
4.3. Akım Kaynaklı Eviriciler
Akım kaynaklı eviriciler, çok büyük güçlerde tercih edilen ve akımı evirmekte kullanılan yapılardır. İnverterin kaynaktan çektiği akımın sabit kalması, doğrultucu bir devrenin
çıkısına seri bağlanacak çok büyük bir self (endüktans) ile sağlanabilir. Eğer inverter
çıkısındaki yükün harmonik akımlara düşük empedans gösteren bir özelliği varsa, bu
durumda akım beslemeli inverter kullanmak daha uygun olur
4.4. Çok Katlı Eviriciler
İki seviyeli gerilim kaynaklı eviricilerde artan anahtarlama frekansı daha kaliteli bir
dalga şeklinin oluşmasını sağladığından geleneksel eviricilerde genelde yüksek anahtarlama
frekansları ve çeşitli darbe genlik modülasyon (PWM) stratejileri kullanılır. Fakat orta veya
yüksek gerilim uygulamalarında geleneksel eviricilerin başlıca anahtarlama kayıpları ve
anahtarların anma değerlerindeki kısıtlamadan dolayı yüksek frekansta çalışma için birkaç
sınırlama vardır. Ayrıca orta ve yüksek güçlü uygulamalarda geleneksel eviricilerin verimleri
düşüktür ve büyük transformatörler kullanılması nedeni ile fiyatın yükselmesi gibi dezavantajlara da sahiptir. Bu nedenle çok katlı eviriciler son yıllarda orta veya yüksek gerilimli
uygulamalarda tercih edilmektedir.
Çok katlı eviriciler, dağıtılmış enerji kaynakları alanında ilgi odağıdır. Çünkü
fotovoltaik piller, yakıt hücreleri, rüzgar türbinleri, mikro türbinler gibi çeşitli farklı doğru
akım kaynakları, çok katlı eviriciler yoluyla voltaj dengeleme sorunları olmadan bir yükü
veya AC sistemi besleyebilir. Daha önce de belirtildiği üzere gerilim kaynağı eviricileri genelde esnek alternatif akım iletim sistemlerini gerçekleştirmekte kullanılır.
46
Çok katlı eviricilerin özgün yapısı transformatörlü ya da seri bağlı senkronize anahtarlama elemanları kullanılmadan düşük harmoniklerle yüksek gerilimlere ulaşabilmelerine
imkân tanımaktadır.
Çok katlı eviriciler, girişlerine uygulanan DC gerilimin birkaç seviyesinden anahtarlama yoluyla çıkışta en az şekilde bozuk olan bir sinüsoidal dalga şekline benzeyen bir merdiven dalga şekli meydana getirir. Her bir ilave DA gerilim katı, AA çıkış geriliminin dalga
şekline bir basamak ekler.
Çok katlı eviricilerin en büyük avantajı düşük anahtarlama frekansında eviricinin çıkış
gücünde bir azalma olmadan, çıkış dalga şekillerinde bozulmaların az olmasıdır. Çok seviyeli eviriciler devre topolojileri açısından 3’e ayrılır. Bunlar;



Diyot kenetlemeli çok katlı eviriciler (diode clamped-neutral point)
Kapasitör kenetlemeli çok katlı eviriciler (capacitor clamped-flying capacitors)
Kaskat çok katlı eviricilerdir.
47
UYGULAMA FAALİYETİ
UYGULAMA FAALİYETİ
Aşağıda verilen evirici devresini elektronik board üzerine kurunuz.
İşlem Basamakları
Öneriler
 Devrede kullanılacak entegre devreyi  4048 nolu entegrenin bacak bağlantılaboard üzerine yerleştiriniz.
rını datasheet ( bilgi sayfasından)’ten
kontrol ediniz.
 Direnç ve kondansatörleri boarda yerleş-  Kondansatörlerin sağlamlık kontrolü
tiriniz.
için LRC metreyi kullanınız.
 Anahtarlama elemanlarının bağlantısını  Elemanların bacak uçlarını datasheetten
yapınız.
kontrol ediniz.
 Transformatör bağlantısını gerçekleştiri-  Trafonun giriş çıkış uçlarını ve orta
niz.
ucunu doğru bağlayınız.
 Doğru akım kaynağını bağlayınız.
 Doğru akım kaynağı olarak 12 voltluk
güneş paneli kullanabilirsiniz.
 Osilaskop uçlarını bağlayınız.
 İki kanallı osilaskop kullanınız ve öğretmeninizden yardım isteyiniz.
 Osilaskop ekranında evirici çıkış dalga  Dalga şekillerini metrik kağıda çiziniz.
şeklini inceleyiniz.
48
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
Değerlendirme Ölçütleri
1.
2.
3.
4.
5.
Evet
Hayır
Entegreyi doğru bir şekilde bağlayabildiniz mi?
Anahtarlama elemanlarını doğru şekilde bağlayabildiniz mi?
Kondansatörlerin sağlamlık kontrolünü yapabiliyor musunuz?
Osilaskop bağlantısını yapabiliyor musunuz?
Osilaskop ekranından eğirleri doğru şekilde okuyabiliyor musunuz?
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız
“Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
49
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümleleri dikkatlice okuyarak boş bırakılan yerlere doğru sözcüğü
yazınız.
1.
Eviriciler doğru akım üreten bir kaynaktan yükü beslemek için ………………….
sağlayan güç elektroniği devreleridir.
2.
Eviriciler temelde ……………….. veya ………………… olabilmektedir.
3.
Yenilenebilir enerji kaynaklarından beslenen eviriciler ……………………… veya
……………………. . kullanılmak üzere iki kullanım şekilleri mevcuttur.
4.
Eviricilerin çıkış gerilimlerinin ………………… dalga olması beklenir.
5.
Eviriciler besleme kaynaklarını göre …………………. ve ……………………
eviriciler olarak ikiye ayrılır.
6.
Eviriciler; ………………. , ………………,
……………., ………….. gibi
anahtarlar kullanılır.
7.
En basit evirici yapısı tek fazlı …………………….. topolojisidir.
8.
Tam köprü konfigürasyonda 4 adet ……………………….. elemanı ve 4 adet
………………… bulunmaktadır.
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz.
50
ÖĞRENME FAALİYETİ–5
ÖĞRENME FAALİYETİ–5
AMAÇ
ÖĞRENME FAALİYETİ–5
Eviricilerde kullanılan anahtarlama elemanlarının seçimini yapabileceksiniz.
ARAŞTIRMA


Eviriclerde kullanılan anahtarlama elemanlarını araştırınız.
Anahtarlama elemanlarının devre bağlantılarını ve kullanım şekillerini bilgi
sayfalarından (datasheet) inceleyiniz.
5. EVİRİCİDE KULLANILAN ANAHTARLAMA ELEMANLARININ SEÇİMİ
Evirici çeşitli anahtarlama elemanları kullanılır. Bunların en önemlileri transistör,
tristör, MOSFET, (metaloksit yarı iletken alan etkili transistör – metal oxide semiconductor
field effect transistor) ve IGBT’lerdir (Insulated Gate Bipolar Transistor - yalıtılmış kapılı
çift kutuplu transistör).
5.1. Tristör Seçimi
Tristör veya yarı iletken kontrollü doğrultucu (SCR), yarı iletken 4 katmanlı 3 ekleme
sahip, 2 ana ve 1 kontrol ucu bulunan , kontrollü ve tek yönlü bir yarı iletken güç elemanıdır.
Tristör güç gerektiren uygulamalarda kullanılır ancak anahtarlama hızları düşüktür.
Tristör, küçük bir geyt (kapı) akımıyla büyük akımların kontrolünü yapabilen yarı
iletken sessiz bir anahtarlama devre elemanıdır. Anoduna (+), katoduna (-) gerilim verildiğinde hemen çalışmaz. Anot katot arasını iletime geçirebilmek için katoda göre geyte (+)
gerilim vermek gerekir. DC gerilimde, tristör iletken olduktan sonra geyt tetikleme gerilimini
kesseniz dahi tristör çalışmaya devam eder. Ancak bu olay AC gerilimde çalışılırken geyt
tetikleme gerilimi kesildiğinde tristörün iletkenliği kaybolur ve yalıtkan hale geçer.
Tristörlerde yük, anot veya katot uçlarına bağlanır. Anahtarlama işlemini yaptıracak
düşük tetikleme akımı ise geyt ucuna uygulanır.
Geyt tetikleme akımı uygulanmadığında anot–katot arası direnci çok yüksektir. Anot–
katot arasından yük akımı geçemez. Bu durumda tristör “yalıtkandır” ifadesini kullanırız.
51
Geyt tetikleme akımı uygulandığında anot–katot arası direnci çok düşüktür. Anot– katot
arasından yük akımı geçer. Bu durumda tristör “iletkendir “ifadesini kullanırız. Şekil 5.1’de
tristör sembolünü ve Resim 5.1’de tristör modüllerini görebiliriz.
Şekil 5.1: Tristör sembolü
Resim 5.1: Tristör Modülleri
Yüksek güçlü tristörlerde anot geniş bir taban üzerine tespit edilir. Bu tristörün hem
kolay soğutulmasını hem de kolay monte edilmesini sağlar. Katot kalın bir kablo ile gate ucu
ince bir bükülebilir kablo ile çıkartılmıştır. Tristörler bir kere iletken oldu mu (eğer besleme
voltajı kesilmezse) devamlı iletken kalır. Bunun için özel metotlarla tristörleri yalıtkan duruma geçirmek gerekir. Bu davranışa iki durumu kararlı (bistable) davranış denir. Tristörler
52
güç elektroniğinin gelişmesinde çok önemli rol oynamıştır. Bunun için 2000 Volt ve 3300
ampere kadar çalışabilen tristörler yapılmıştır. Tristörlerde en büyük problem, açma-kapama
esnasında meydana gelen ısıyı ve enerji birikimini dağıtmaktır. Bunun için çok çeşitli
metodlar geliştirilmiştir.
Normal, faz kontröllü veya şebeke komitasyonlu tristörler, doğal komitasyonlu devrelerde kullanılmak üzere 3000 A ve 6000 V’lara kadar üretilen ve gerilim düşümleri 1,5 ile
2,5 volt ve anahtarlama hızları 100 ile 500 mikro saniye arasında olan tristörlerdir.
Hızlı veya zorlamalı komitasyonlu tristörler; zorlamalı komitasyonlu devrelerde ve 1
kHz lik frekanslara kadar kullanılmak üzere 1500 A ve 2500 V ‘lara kadar üretieln ve gerlim
düşümleri 1,75 ile 2,75 volt ve anahtarlama hızları 10 ile 100 mikrosaniye arasında olan
tristörlerdir. Eleman seçiminde devreye göre bu özellikler belirleyici olmaktadır.
5.2. MOSFET Seçimi
MOSFET hızlı anahtarlama özelliğine sahip olduğundan yüksek frekans uygulamalarında da kullanılabilir. Düşük ve orta güç uygulamalarında MOSFET’ler tercih edilir.
MOSFET’ler gerilimle kontrol edilir ve hızlı anahtarlama yapabilmeye müsaittir. MOSFET
düşük gerilim ve yüksek akımlarda oldukça çok avantajlıdır.
İletime girme işlemi, kesimde olan ve uçlarında pozitif gerilim bulunan bir
MOSFET’in kapısına yeterli bir gerilimin uygulnması ile başlar. Kesime girme işlemi ise
iletimde olan bir MOSFET’in kapı geriliminin kesilmesi ile başlar.
MOSFET gerilime karşı çok duyarlı ve dayanma gerilimi oldukça düşük olan kapı iyi
korunmalıdır. İdeal sürme ve anahtarlama karakteristiğine sahip olan MOSFET, anahtarlama
güç kaybı en düşük ve iletim kaybı en yüksek olan güç elemanıdır.
5 amperden 100 amperlere ve 50 volttan 1000 voltlara kadar üretilen MOSFETLER, 3
il 5 volt arasında gerilim düşümü ve 100 ile 500 nano saniye arasında anahtarlama hızlarına
sahiptir. Endüstriyel uygulamalarda, zorlamalı komitasyon devrelerinde, özellikle düşük
gerilim ve güç ile yüksek frekanslarda gittikçe artan bir şekilde kullanılmaktadır.
53
Şekil 5.2: N-Kanallı MOSFET sembolü ve görünümü
5.3. IGBT Seçimi
İzole kapılı bipolar transistör (IGBT), MOSFET’in ideal sürme karekteristiği ile
BJT’nin düşük gerilim düşğmü özelliğini birlikte taşıyan karma bir güç elemanıdır. Mosfet
ve BJT'lerin üstün özelliklerini bir arada barındıran en son yarı iletken teknolojisi olan
IGBT’ler düşük anahtarlama güç kaybı ve yüksek anahtarlama hızlarıyla sistem performansını arttırmaktadır. Bir periyod boyunca yüzlerce kez iletime girebilen IGBT’ler, sistemde
PWM kontrol tekniğinin uygulanmasına olanak sağlamaktadır.
IGBT’nin giriş ve kontrol özellikleri MOSFET’e ve çıkış özellikleri BJT’ye benzer.
Anahtarlama hızı ve gerilim düşümü değerleri, MOSFET ve BJT değerleri arasındadır. 500
A ve 2000 V’lara kadar üretilen IGBT’ler, 2 ile 4 V arasında gerilim düşümü ve 0,5 ile 1,5
mikrosaniye arasında anhtarlama süresine sahiptir. BJT’ye göre biraz daha yüksek güç ve
frekanslarda, özellikle DC kıyıcı ve inverterlerde, hızlıca artan bir şekilde IGBT’ler kullanılmaktadır.
Şekil 5.3: IGBT sembolü
54
Resim 5.2: Çeşitli IGBT modülleri
Resim 5.3: IGBT sürücü devresi
55
UYGULAMA FAALİYETİ
Aşağıdaki tristör sürme devresini kurunuz.
A FAALİYETİ
İşlem Basamakları
Öneriler
 Tristörü board üzerine yerleştiriniz.
 Lambayı tristörün anotuna bağlayınız.
 Tristör ayaklarını kontrol ediniz.
 Bağlantıların temas edip etmediklerini ölçü aleti ile kontrol ediniz.
 Lambayı anahtara bağlayarak anahtarı geri-  Bağlantı esnasında anahtarı enerji
lim kaynağına bağlayınız.
iletmeyecek şekilde tutunuz.
 Geyt ucuna direnç ve doğru akım kaynağını bağlayı-  Önce G anahtarını sonra doğru
nız.
akım kaynağını bağlayınız.
 Önce A anahtarını sonra G anahtarını kapatı-  Lambanın G anahtarını kapatıp
nız.
açtığınızda yanmaya devam ettiğini
kontrol ediniz.
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
1.
2.
3.
4.
Değerlendirme Ölçütleri
Tristör uçlarını tespit edebiliyor musunuz?
Bağlantıları sırasına uygun ve doğru yapabildiniz mi?
Devreyi çalıştırabildiniz mi?
Devredeki değişmeleri kontrol edebiliyor rmusunuz?
Evet
Hayır
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız
“Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
56
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.
1.
( ) Tristör, küçük bir geyt (kapı) akımıyla büyük akımların kontrolünü yapabilen yarı
iletken sessiz bir anahtarlama devre elemanıdır.
2.
( ) Anoduna (+), katoduna (-) gerilim verildiğinde hemen çalışır.
3.
( ) Anot katot arasını iletime geçirebilmek için katoda göre geyte (-) gerilim vermek
gerekir.
4.
( ) DC gerilimde, tristör iletken olduktan sonra geyt tetikleme gerilimini kesseniz
dahi tristör çalışmaya devam eder.
5.
( ) Tristör AC gerilimde çalışılırken geyt tetikleme gerilimi kesildiğinde
tristörün iletkenliği kaybolur ve yalıtkan hale geçer.
6.
( ) MOSFET hızlı anahtarlama özelliğine sahip değildir.
7.
( ) MOSFET yüksek frekans uygulamalarında da kullanılabilir.
8.
( ) Düşük ve orta güç uygulamalarında MOSFET’ler tercih edilmez.
9.
( ) MOSFET’ler akımla kontrol edilir ve hızlı anahtarlama yapabilmeye müsaittir.
10.
( ) MOSFET düşük gerilim ve yüksek akımlarda oldukça çok avantajlıdır.
11.
( ) IGBT’nin giriş ve kontrol özellikleri MOSFET’e ve çıkış özellikleri
BJT’ye benzer.
12.
( ) IGBT 100 A ve 200 V’lara kadar üretilmektedir.
13.
( ) IGBT’ler, 2 ile 4 V arasında gerilim düşümü ve 0,5 ile 1,5 mikrosaniye
arasında anahtarlama süresine sahiptir.
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz.
57
ÖĞRENME FAALİYETİ–6
ÖĞRENME FAALİYETİ–6
AMAÇ
ÖĞRENME FAALİYETİ–5
Doğrultucu ve evirici kontrol yöntemlerini bileceksiniz.
ARAŞTIRMA


PWM kontrol yöntemini araştırınız.
Evirici kontrol etmek ne anlama geldiğini araştırarak arkadaşlarınızla tartışınız.
6. DOĞRULTUCU VE EVİRİCİ KONTROL
YÖNTEMLERİ
6.1. PWM Kontrol Tekniği
Yaygın olarak DC-DC dönüştürücülerde ve diğer bazı uygulamalarda kullanılan DCPWM kontrol yöntemi, en kolay ve en basit yöntem olarak bilinmektedir. Prensip olarak, bir
üçgen gerilim sinyali ile bir DC referans gerilimin karşılaştırılmasına dayalıdır. Her iki gerilim de tek yönlü veya çift yönlü olabilmektedir. Karşılaştırıcı ve opamplar, çift yönlü gerilim
ile beslendikleri zaman, sıfır (0) civarında sağlıklı işlem yapabilmektedir.
Şekil 6.1’de, iki yönlü olarak üstteki 2 karşılaştırıcıyla bir üçgen gerilim sinyali ile alt
soldaki gerilim bölücü dirençler ve potansiyometreyle bir referans gerilim üreten, bunları alt
ortadaki karşılaştırıcıyla karşılaştırarak darbe genişliği ayarlanabilen çift yönlü kare dalga
sinyali elde eden, sonra bu sinyali alttaki sinyal diyotlarıyla tek yönlü hale getiren ve sinyalin
yükselen ve düşen kenarlarını alt sağdaki VE kapısıyla keskinleştiren bir DC-PWM kontrol
devresi görülmektedir. Böylece, referans gerilim ile D görev oranı veya bağıl darbe genişliği
ayarlanabilen bir gerilim sinyali üretilmiş olmaktadır.
58
500k
8,2k
680pF
+Vcc
4,7k
+Vcc: +15V
-Vcc: -15V
+Vcc
-
+
LF347
(2/3)
-
4,7k
LF347
(1/3)
+
-Vcc
-Vcc
+15V
+Vcc
6,8k
Vüçg
Vrfr
LF347
(3/3)
+
4148
Vkar
7408
Vsnç
10k
10k
4148
5V
1nF
6,8k
10k
-Vcc
-15V
Şekil 6.1: Doğru akım – PWM kontrol devresi
Üst sağdaki karşılaştırıcı çıkışında daima ± 15 V şeklinde iki yönlü kare dalga gerilim
oluşur. Üst soldaki karşılaştırıcının giriş ve çıkışları arasındaki kondansatör, minimum ve
ayarlı dirençler üzerinden sabit bir akımla, diğer karşılaştırıcı çıkışı + iken deşarj ve – iken
şarj olur. Böylece, bu karşılaştırıcı çıkışında belirli bir genliğe sahip olan bir üçgen gerilim
sinyali elde edilir.
vrfr
Vüçg
Vrfrmax
Vüçgmax
t
t
Vrfrmin
Şekil 6.2: (a) İki yönlü üçgen gerilim sinyali, (b) Doğru akım referans gerilim sinyali
59
Vrfr
Vüçg
t
Vkar
t
Vsnç
t
Tp
Şekil 6.3: İki yönlü taşıyıcı üçgen gerilim sinyali ile DC referans gerilim sinyalinin karşılaştırılması ve sinyalin tek yönlü hale getirilmesi
Üçgen ve referans gerilimleri karşılaştıran alttaki karşılaştırıcı çıkışında, bağıl olarak
genişliği ayarlanabilen iki yönlü darbeler oluşur. Pozitif darbeler, üstteki sinyal diyodu üzerinden çıkışa aktarılır. Negatif darbelerde, alttaki sinyal diyodu üzerinden bir akım geçer,
iletimde olan diyot çıkışı –0.6 V’ta tutar. Böylece diyotlu devre, iki yönlü darbeleri tek yönlü
hale getirir. VE (AND) kapısı ise bu tek yönlü darbelerin yükselen ve düşen kenarlarını keskinleştirir.
6.2. Gerilim Kontrollü PWM
Literatürde gerilim kontrollü PWM açık döngü kontrol tekniği olarak adlandırılır.
Açık kontrol tekniğinde bir referans giriş gerilimi alınarak sistemin sürekliliği gerçekleştiri-
60
lir. Bu teknikte alınan giriş referans gerilimi işaretin farklı bir üçgen dalga işareti ile karşılaştırılması sonucu taşıyıcı temelli PWM oluşur.
Şekil 6.4: Gerilim kontröllü PWM blok şeması
Taşıyıcı temelli sinüsoidal PWM, eviricideki yarı iletken anahtarlama elemanlarının
tetikleme anlarını belirlemek ve eş zamanlamayı sağlayabilmek için sinüsoidal PWM metodu endüstriyel uygulamalarda çoğunlukla kullanılmaktadır. Şekil 6.5’te kontrol blok şemasında gösterildiği gibi evirici çıkışının gerilimini ve frekansını belirleyecek bir sinüs referans
işareti, frekans ve genliği sinüs işaretinden daha büyük bir üçgen dalga işaret ile karşılaştırılır. Bu iki işaretin kesiştiği noktalarda evirici içindeki aynı koldaki anahtarlama elemanları
durum değiştirir.
Evirici çıkış gerilimi ve frekansı değerinin değiştirilmesi için referans işareti (kontrol
işareti) genliğinin ve frekansının değiştirmesi yeterli olacaktır. Genliği değişken sinüsoidal
referans işareti, daha yüksek frekanslı üçgen dalga taşıyıcı işaretin karşılaştırılması yapılarak
oluşan kesişme noktaları ile anahtarlama elemanlarının anahtarlama süreleri belirlenmektedir. Sinüs dalgasının genliğinin yükseltilip azaltılmasıyla, çıkışta elde edilen PWM işaretinin
darbe genişliklerinin değişmesi, temel bileşenin genliğinde değişme sağlar.
61
Şekil 6.5: Sinüsoidal PWM kontrol blok şeması
Şekil 6.6: Çift yönlü gerilim anahtarlamalı sinüsoidal PWM
62
6.3. Akım Kontrollü PWM
Akım kontrollü PWM eviriciler, yüksek performanslı AC sürücülerinde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Bu kontrol metodu aynı zamanda kapalı döngü PWM kontrol tekniği diye
de adlandırılır. Şekil 6.7’de gerçekleştirilen kontrol, stator vektör akımı için ya da stator akı
vektörü için bir geri döngü kontrol yapılarak gerçekleştirilir. Akım kontrollü PWM evirici,
geleneksel gerilim kaynaklı PWM eviriciye kontrol çıkış akımı sağlamak amacıyla akımdüzenleme (ayarlama) döngülerinin eklenmesi ile oluşturulur. Bu kontrol tekniği lineer olmayan yükler için yeterince hızlıdır.
Şekil 6.7: Akım kontrollü PWM tekniği ile çalışan eviricinin blok şeması
Akım kontrolü değişik formlarda olabilir. Genellikle sinüsoidal bir referans akım dalga şekli üretilir ve bu dalga motorun gerçek ölçülen akımı ile birlikte karşılaştırıcıyı besler.
Eğer motorun faz akımı, referans akım değerinden daha pozitif ise üst kısımdaki elemanlar
kesime, alt kısımdaki elemanlar iletime geçerek motorun akımının azalması sonucunu doğurur. Karşılaştırıcı ölü bant (histerisiz) genişliği vardır. Bu bant eviricinin anahtarlamaya başlamadan önceki izin verilen referans akım ile gerçek akımı arasındaki farkı belirler. Böylece
gerçek akım, referans akımı, faz gecikmesi ve önemli hata büyüklüğü olmadan izler. Üç fazlı
sistemlerde, genellikle her faz için ayrı akım kontrolü vardır.
63
UYGULAMA FAALİYETİ
UYGULAMA FAALİYETİ
Aşağıdaki PWM kontrollü evirici devresini kurunuz.
A FAALİYETİ
İşlem Basamakları
Öneriler
 Program için öğretmenlerinizden
yardım alınız.
 Devrenin çalışmasını program üzerinde kontrol ediniz.
 Devreyi proteus programında kurunuz.
 Devre elemanlarının
dikkat ediniz.
değerlerine
R1: 100kΩ
R2: 10kΩ
Pot1: 50kΩ
R3: 100Ω
R4: 1k Ω
C3=C2: 100nF
C4: 10nF
C1: 220µF
Q1:TIP41
Q2:TIP42
555 entegresi
 Devreyi board üzerine kurunuz.
 Entegre bağlantısını yapınız.
 Entegrenin bacak uçlarını bilgi
64
yaprağından kontrol ediniz ve bağlantıların temas edip etmediklerini
ölçü aleti ile kontrol ediniz.
 Devrenin uçlarına 10 voltluk doğru gerilim
uygulayınız.
 Bağlantı esnasında gerilim değerini ölçerek devreye bağlayınız.
 Osilaskop kullanımı için öğretmeninizden yardım isteyiniz.
 Osilaskop ekrenında evirici çıkış dalga şekli-  Dalga şekillerini metrik kâğıda
ni inceleyiniz.
çiziniz.
 Osilaskop uçlarını bağlayınız.
65
KONTROL LİSTESİ
Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız beceriler için
Evet, kazanamadığınız beceriler için Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Değerlendirme Ölçütleri
Entegre uçlarını tespit edebiliyor musunuz?
Bağlantıları sırasına uygun ve doğru yapabildiniz mi?
Devreyi çalıştırabildiniz mi?
Devredeki değişmeleri kontrol edebiliyor musunuz?
Osilaskop bağlantısını yapabiliyor musunuz?
Osilaskop ekranından eğirleri doğru şekilde okuyabiliyor musunuz?
Evet
Hayır
DEĞERLENDİRME
Değerlendirme sonunda “Hayır” şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz.
Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız
“Evet” ise “Ölçme ve Değerlendirme”ye geçiniz.
66
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.
) DC-PWM kontrol yöntemi, en zor ve en karmaşık yöntem olarak bilinmektedir.
1.
(
2.
( ) PWM kontrol tekniği, bir üçgen gerilim sinyali ile bir DC referans gerilimin karşılaştırılmasına dayalıdır.
3.
(
4.
( ) Akım kontrollü PWM eviriciler yüksek performanslı AC sürücülerinde yaygın
olarak kullanılmaktadır.
5.
(
) Gerilim kontrollü PWM kapalı döngü kontrol tekniği olarak adlandırılır.
) Üç fazlı sistemlerde, genellikle her faz için ayrı akım kontrolü vardır.
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise “Modül Değerlendirme’ye geçiniz.
67
MODÜL DEĞERLENDİRME
MODÜL DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyarak doğru seçeneği işaretleyiniz.
1.
Girişine uygulanan doğru gerilimi çıkışında daha düşük seviyeye alçaltan dönüştürücü
tipi hangisidir?
A. Yükseltici dönüştürücü
B. Düşürücü dönüştürücü
C. Düşürücü-yükseltici dönüştürücü
D. Alçaltan-yükselten dönüştürücü
2.
Girişine uygulanan doğru gerilimi çıkışında daha yüksek seviyeye yükselten
dönüştürücü tipi hangisidir?
A. Yükseltici dönüştürücü
B. Düşürücü dönüştürücü
C. Düşürücü-yükseltici dönüştürücü
D. Alçaltan-yükselten dönüştürücü
3.
Girişine uygulanan doğru gerilimi çıkışında düşürüp veya yükselten dönüştürücü tipi
hangisidir?
A. Yükseltici dönüştürücü
B. Düşürücü dönüştürücü
C. Düşürücü-yükseltici dönüştürücü
D. Alçaltan-yükselten dönüştürücü
4.
Aşağıdakilerden hangisi izoleli dönüştürücü sınıfına girer?
A. Yükseltici dönüştürücü
B. Düşürücü dönüştürücü
C. Düşürücü-yükseltici dönüştürücü
D. Flyback dönüştürücü
5.
Anahtarlama elemanının iletimde kalma aralığına ne denir?
A. Görev oranı
B. Anahtarlama frekansı
C. Periyot süresi
D. İletim frekansı
6.
Aşağıdakilerden hangisi PWM açık döngü kontrol tekniği olarak adlandırılır?
A. Gerilim kontrollü PWM
B. Akım kontrollü PWM
C. Sinüsoidal PWM
D. Kare dalga PWM
68
7.
Aşağıdakilerden hangi evirici kontrolü yüksek performanslı AC sürücülerinde yaygın
olarak kullanılmaktadır?
A. Gerilim kontrollü PWM
B. Akım kontrollü PWM
C. Sinüsoidal PWM
D. Kare dalga PWM
8.
Aşağıdakilerden hangi kontrol tekniği bir üçgen gerilim sinyali ile bir DC referans
gerilimin karşılaştırılmasına dayalı olarak çalışır?
A. Gerilim kontrollü PWM
B. Akım kontrollü PWM
C. Sinüsoidal PWM
D. DC- PWM
9.
Aşağıdakilerden hangisi izole kapılı bipolar transistördür?
A. GTO
B. IGBT
C. MOSFET
D. SCR
10.
Dönüştürücülerde enerji aktarımı hangi elemanlar gerçekleştirilir?
A. Kondansatör
B. Anahtarlama elemanı
C. Bobin
D. Diyot
DEĞERLENDİRME
Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap
verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki modüle geçmek için öğretmeninize başvurunuz.
69
CEVAP ANAHTARLARI
CEVAP ANAHTARLARI
ÖĞRENME FAALİYETİ-1’İN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
izoleli, izolesiz
sürekli, kesintili
düşürücü
kondansatör, bobin, anahtarlama elemanı, diyottan
daha yüksek, yükselterek
düşük
büyük
manyetik kuplajlı endüktans
flyback
50, 100
Tek bir transformatöre
ortası sıfırlanmamış
ÖĞRENME FAALİYETİ-2’NİN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
Y
D
Y
D
D
D
Y
D
Y
ÖĞRENME FAALİYETİ-3’ÜN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
Y
D
D
Y
Y
D
D
B
D
C
B
70
ÖĞRENME FAALİYETİ-4’ÜN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
alternatif akım
bir fazlı, üç fazlı
şebeke bağlantılı,
ada sistemlerinde
sinüsoidal
akım kaynaklı,
gerilim kaynaklı
transistör, tristör,
mosfet, IGBT
yarım köprü
anahtarlama, diyot
ÖĞRENME FAALİYETİ-5’İN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
D
Y
Y
D
D
Y
D
Y
Y
D
D
Y
D
ÖĞRENME FAALİYETİ-6’NIN CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
Y
D
Y
D
D
MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B
A
C
D
A
A
B
D
B
C
71
KAYNAKÇA
KAYNAKÇA

SHAFFER R.,Fundamentals of Power Electronics wirh MATLAB, Charles
River Media, Boston, Massahusetts, 2007.

KZDALOĞLU A., B. ÇAKIR, M. DEMİR, A. GÜNEROĞLU, Ş. ÖZDEMİR,
M. UÇAR, Fotovoltaik Elektrik Üretim Sistemlerinde Kullanılan Çok
Seviyeli Eviricilerin İncelenmesi, 4. Enerji Verimliliği ve Kalitesi
Sempozyumu, 12-13 Mayıs Kocaeli, 2011.

ÖZDEMİR Ş., Fotovoltaik Sistemler İçin Mikrodenetleyicili En Yüksek
Güç Noktasını İzleyen Bir Konvertörün Gerçekleştirilmesi, Yüksek Lisans
Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2007.

MEGEP, Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Alanı, Analog Devre Elemanları
Modülü, Ankara, 2012.

MEGEP, Elektrik Elektronik Teknolojileri Alanı, Anahtarlama Elemanları
Modülü, Ankara, 2012.

YURTBAŞI K., Bir Fazlı Köprü İnverter Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi,
Marmara Üniversitesi, 2007.

SARIKURT T., Yenilenebilir Enerji Sistemleri İçin Çok Katlı Evirici
Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Elektronik
Mühendisliği ABD, Geze, 2010.

BODUR Hacı, Güç Elektroniği, Temel Analiz ve Sayısal Uygulamalar,
Birsen Yayınevi, İstanbul, 2010.

ÇOLAK İ., E. KABALCI, Evirici Topolojileri ve Gelişimleri Üzerine Bir
İnceleme
72